BiVO4基光电化学传感器的设计及对金霉素的检测

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食品及环境中的金霉素残留给人类健康及生态环境安全造成巨大威胁,传统的色谱检测方法操作复杂、成本昂贵、检测速度慢,无法满足现场、快速检测的需要。电化学传感器技术因为其检测成本低、速度快、设备便携、操作简单及灵敏度高等优点成为抗生素残留检测领域研究热点。本文设计构建了便携性强、检测速度快、灵敏度高、操作简单且成本低廉的BiVO4基光电化学传感器,并成功应用于实际样品中金霉素残留的检测。本论文主要工作如下:(1)通过静电纺丝及简单的水浴加热方法成功制备了多重无机酸修饰的多孔BiVO4微管材料,其具有较大的比表面积,可为后续的检测过程提供更多反应活性位点。通过多种表征技术揭示了多重酸修饰提升材料光电响应的原理:无机酸中羟基在水中的离子化作用会使BiVO4表面携带大量负电荷,构成负的静电场。在该电场作用下,带正电荷的空穴加速向材料表面迁移,这有效避免了空穴与电子的复合,光生电子-空穴的分离效率显著提高。进一步地,电荷传输性能得到改善,材料的光电响应大大增强。(2)利用多重无机酸修饰的BiVO4材料构建了BP-BVO光电化学传感器。通过多种表征手段,揭示了其对金霉素的检测机理:无机酸修饰提高了载流子的分离效率,促进了空穴与水反应生成羟基自由基。空穴与羟基自由基共同作用实现对检测体系中金霉素的氧化。由于空穴被大量消耗,避免了其与电子的复合,电子可以传输到电极上形成光电流。通过构建响应光电流与金霉素浓度的对应关系,可以实现对于金霉素的有效检测。通过对检测金霉素时的电解液、pH条件、测试电压以及富集时间进行优化,获得最佳测试条件,在该条件下对不同浓度金霉素溶液进行测定。在0.1210μM的浓度范围内,金霉素浓度与响应光电流之间的线性关系为:ΔI=0.004095C+0.05550,相关系数0.9989,灵敏度为4.095μA/μM。该传感器对于金霉素的检出限低至0.06μM(S/N=3)。其选择性、重现性及稳定性测试结果同样令人满意。在对于牛奶和鸡肉的检测中,该传感器均展现了出色的检测性能,反映出其具有极大的实际应用潜力。该研究为设计构建检测其他抗生素残留的电化学传感器提供了可行的参考。
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