乳品,含有丰富的蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质以及人体所需的各种维生素和氨基酸,被誉为“最为接近人类理想膳食的食物”。人均乳品消费量是衡量一个国家人民生活水平的主要指标之一,乳品产业已成为世界各国发展现代农业的重要组成部分。自改革开放以来,我国乳品产业呈现快速发展之势,现已成为世界上乳业生产增长最快的国家之一。然而其产品安全状况却不容乐观,尤其是近几年,国内乳品行业频繁爆发质量安全事件,使得乳品的安全问题日益严重。除了安全问题,乳品的品质也存在许多问题,如质量不过关、掺假、虚报营养成分等。乳品的安全与品质需要检测方法的评价。传统的乳品检测方法存在着较多不足,如操作复杂、检测对象有限、仪器昂贵等。电化学传感技术由于其所需仪器简单、检测成本低、易于实现现场和在线检测等优点,在生物医学、环境监测、农产品和医药等领域具有广泛的应用前景。如何利用电化学传感技术快速、灵敏、准确检测农产品的有害有毒物质,是当前农产品安全领域中既新颖又极具吸引力的热门研究课题之一。但是传统电化学传感器存在着灵敏度低,响应速度慢以及稳定性差等缺点。近年来,纳米功能材料的出现为解决这些问题提供了新的思路。将纳米功能材料应用到电化学传感器件中,由于其独特的性质可提高传感器件的响应性能,已成为当前研究的热点。本文将纳米技术与电化学传感技术相结合,探索用于乳品安全和品质的快速检测方法。以乳品中常见的有毒有害物质过氧化氢和重金属离子及营养成分抗坏血酸和钙离子作为研究对象,构建了基于纳米功能材料的新型电化学传感器件实现对上述几种对象的快速、灵敏、准确、方便检测。并在此基础上,搭建了基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪。主要研究内容、结果和结论如下：(1)基于氧化铜纳米颗粒的电化学传感技术用于乳品中过氧化氢残留的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的过氧化氢快速检测方法。首先利用化学水相沉淀法制备了氧化铜纳米颗粒,然后将其用于修饰电化学传感器件。为了获得较好的稳定性和抗干扰能力,采用了碳离子液体电极作为基底工作电极,同时为了提高传感器件的重复可用性,本文首次采用了本体修饰法将氧化铜纳米颗粒掺杂在基底工作电极中。实验中,利用电流-时间曲线法测得的响应电流与溶液中过氧化氢浓度之间的线性正比关系,来检测过氧化氢含量。在最优检测条件下,该新型传感器件的分析性能如下：线性响应范围为1.0×10-6～2.5×10-3mol/L,线性回归方程为I(μA)=-0.0667+11.3333C(mM),线性相关系数为0.9990,灵敏度为392.99μA mM-1cm-2,检测下限为0.5×10-6mol/L。同时,该传感器件还具有较高的选择性、一致性、重现性和稳定性。灭菌乳和酸乳中过氧化氢的分析与检测：定性分析采用本文中所研究的新型电化学传感技术与酶催化方法联用,单个乳品样品的定性分析时间约为2min；定量检测采用标准加入法,单个乳品样品的定量检测时间约为20min,分析结果与国标方法(GB23499-2009)相一致,两者之间误差小于5.0%。结果表明,基于氧化铜纳米功能材料的新型电化学传感技术可以实现乳品中过氧化氢残留的快速定性识别和定量检测。(2)基于氧化铋纳米颗粒的电化学传感技术用于乳品中重金属离子的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的重金属离子快速检测方法。本文首次制备了基于氧化铋纳米颗粒的电化学传感器件。该传感器件利用碳离子液体电极为基底工作电极,通过本体修饰法将氧化铋纳米颗粒掺杂在基底工作电极中。该电极可以在电极表面钝化或受到损伤时,通过简单的打磨处理后,即可继续使用,且重现性高。实验中,采用方波阳极溶出伏安法同时检测铅离子和镉离子。研究了实验参数对分析结果的影响,得出了重金属铅离子和镉离子检测的最佳参数：电极中氧化铋纳米颗粒的掺杂量为2%、醋酸缓冲液的pH值为4.5,沉积时间为180s,沉积电位为-1.2V。在最优条件下,该新型传感器件的分析性能如下：铅离子的线性响应范围为1.0～100.0μg/L,线性回归方程为I(μA)=-0.0083+0.3346C(μg/L),线性相关系数为0.9924,灵敏度为5.23μA(μg/L)-1cm-2,检测下限为0.21μg/L；镉离子的线性响应范围为1.0～100.0μg/L,线性回归方程为I(μA)=-0.0211+0.4037C(μg/L),线性相关系数为0.9927,灵敏度为5.92μA(μg/L)-1cm-2,检测下限为0.1μg/L。干扰实验表明当溶液中常见金属离子浓度200倍于铅离子和镉离子时,两种重金属离子的响应电流变化小于5%。同时该传感器件还具有较好的一致性、重现性和稳定性。全脂奶粉和婴幼儿奶粉中铅离子与镉离子的检测：利用方波阳极溶出伏安法中铅离子和镉离子的溶出峰电位对乳品样品进行定性分析,单个乳品样品的定性分析时间约为5min；定量检测采用标准加入法,单个乳品样品的定量检测时间约为30min,分析结果与国标方法(GB5009.12-2010和GB/T5009.15-2003)相一致。样品中铅离子加标平均回收率为100.8%,镉离子加标平均回收率为100.5%。结果表明,基于氧化铋纳米功能材料的新型电化学传感技术可以实现乳品中痕量重金属铅离子和镉离子的快速定性识别和定量检测。(3)基于单壁碳纳米管的电化学传感技术用于乳品中抗坏血酸的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的抗坏血酸快速检测方法。本文首次制备了基于单壁碳纳米管和离子液体的电化学传感器件。该新型传感器件对抗坏血酸的氧化表现出较高的电催化活性,能在零电位处催化抗坏血酸的氧化。实验中发现利用差分脉冲伏安法检测抗坏血酸时,其氧化峰的电流值与抗坏血酸的浓度成线性正比关系。在最优条件下,该传感器件的分析性能如下：线性响应范围为3.0×10-6～4.2×10-3mol/L,线性回归方程为I(μA)=0.1603+20.1214C(mM),线性相关系数为0.9990,灵敏度为301.92μA mM-1cm-2,检测下限为1.0×10-6mol/L。同时该传感器件还具有较好的选择性、一致性、重现性和稳定性。采用标准加入法对婴幼儿奶粉和果奶中抗坏血酸的含量进行定量检测,分析结果与AOAC推荐的2,6-Dichloroindophenol商定法相一致,两者之间误差小于4.0%,单个样品的定量检测时间为20min。样品中抗坏血酸加标平均回收率为101.1%。结果表明,基于碳纳米管的新型电化学传感技术可以实现乳品中抗坏血酸的快速定量检测。(4)基于石墨烯纳米材料的电化学传感技术用于乳品中矿物质元素钙的快速检测建立了一种基于纳米功能材料的钙离子快速检测方法。本文首次制备了基于石墨烯纳米材料为固态接触层的固态接触型钙离子选择性电极。研究发现采用石墨烯纳米材料作为固态接触型离子选择性电极的固态接触层时,可以显著改进离子选择性电极的稳定性并缩短响应时间。该新型传感器件的分析性能如下：整个线性范围内响应时间(t95%)小于8s,线性响应范围为10-5.8～10-1.8mol/L,线性相关系数为0.9993,响应斜率为29.2mV/decade (±0.3mV/decade),检测下限为10-6mol/L；对五种金属离子(Mg2+、K+、Na+、Li+、NH4+)的选择性系数分别为-4.6,-2.2,-2.8,-2.5,-3.6。水层测试表明石墨烯层与钙离子敏感膜之间无水膜形成。同时研究了溶液中的溶解氧、二氧化碳、氧化还原物质等对传感器件的影响,结果表明上述干扰物质均不会对传感器件的检测带来影响。另外,该传感器件还表现出较高的电位稳定性,持续监测钙离子24h其电位偏移值约为13.7μV/h；较好的电位重现性,连续多次交替测量不同浓度的钙离子溶液时,其电位误差小于1.2%；室温保存三个月后其分析性能无明显变化。在检测灭菌乳和高钙奶中钙离子时,采用了两种方法即一点标定法和标准加入法,两者检测结果基本一致。同时与国标方法(GB5413.21-2010)相比,误差均在5.0%以内。样品中钙离子加标平均回收率为100.6%。结果表明,基于石墨烯纳米功能材料为固态接触层的新型固态接触型钙离子选择性电极可以实现乳品中矿物质元素钙的快速定量检测。(5)搭建基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪探索了搭建基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪的可行性。采用丝网印刷工艺研制了四种低成本、灵敏度高、一致性好的可抛弃传感器件,分别是基于电化学还原石墨烯纳米材料修饰的过氧化氢传感器件,基于氧化铋纳米颗粒掺杂的重金属离子传感器件,基于化学还原石墨烯纳米材料掺杂的抗坏血酸传感器件及基于电化学还原石墨烯纳米材料和钙离子选择性膜修饰的钙离子传感器件。研制的小型化检测仪可以实现十种电化学分析技术且能完成三种电极体系的电化学分析与检测。便携式乳品快速检测仪由可抛弃传感器件和小型化检测仪组成。该分析仪可以实现多通道同时检测多种分析物或分析多个样品,同时具有体积小便于携带,测量结果准确,精度高,检测速度快,可连续检测等特点。研究结果表明,基于纳米功能材料的便携式乳品快速检测仪可以实现乳品中有毒有害物质和营养成分的快速检测。