纳米材料过氧化物酶活性应用于小分子化学危害物的检测研究

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随着经济的快速发展和生活水平的不断提升,人们对食品及环境安全的要求日益增高,对小分子化学危害物超标等问题愈发的重视。常规的食品与环境安全检测方法虽然已经被广泛使用,但是其检测成本较高、样品前处理复杂,并且需要专业的操作人员和大型仪器设备,难以满足现场实时监测的现实需要。因此,在食品及环境安全领域开发一种简便、快速、低成本和超灵敏的检测方法具有十分重要的意义。随着生物技术和纳米技术的高速发展,基于纳米材料催化活性作为输出信号的新型检测方法被建立起来。此方法检测成本低、操作简单,并且稳定性较好,在分析检测领域越来越受到研究者们重视。本论文利用纳米材料过氧化物酶的催化活性,开展针对食品及环境中小分子化学危害物的检测研究工作。主要内容如下:(1)建立基于抑制纳米金(Au NPs)过氧化物酶活性的乐果农药检测方法:通过还原法制备三种带不同电荷的纳米金,分别加入靶标对传感器性能进行研究,最终选择柠檬酸盐修饰的Au NPs用于此传感器的构建。无靶标存在时,Au NPs催化邻苯二胺(OPD)形成在450 nm处有特征吸收峰的产物,导致传感溶液呈现黄色。在靶标存在时,Au NPs表面的金属离子被乐果螯合,导致其催化活性减弱,使得反应溶液呈现浅黄色,甚至无色。其中,溶液颜色的变化与乐果浓度有关,因此可用于定量测定乐果农药。在最优条件下,此化学传感器对乐果的动态检测范围在10-400μg/L,最低检测限为4.7μg/L。特异性实验证实其它有机磷农药对乐果检测无明显干扰,在实际样品中对乐果检测的加标回收率为89.4%-95.8%,后续采用气相色谱法进一步验证本方法的可靠性。(2)建立基于抑制多孔Co3O4过氧化物酶催化活性比色检测草甘膦农药的方法。在此传感体系中,多孔Co3O4能够催化H2O2形成羟基自由基(·OH)。随后,·OH使底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)失去一个电子,导致溶液由无色透明变成蓝色。草甘膦可与多孔Co3O4发生相互作用,导致·OH不能正常产生,使得底物TMB不能被氧化,传感溶液呈现浅蓝色或者无色,并且颜色变化程度与草甘膦浓度成正比。在最优条件下,该方法的线性范围为5-80μg/L,最低检测限为2.37μg/L。特异性实验证实其它农药对草甘膦检测无明显干扰,在实际农产品中对草甘膦农药检测的加标回收率为86.4%-95.2%。(3)建立基于抑制WS2纳米片过氧化物酶催化活性比色检测丙酮分子的方法。在H2O2的存在下,WS2纳米片能够催化OPD氧化,使溶液颜色由无色透明变为黄色。丙酮分子的加入可以抑制WS2纳米片过氧化物酶的催化活性,使反应体系的颜色发生改变,并且颜色变化程度与丙酮分子的浓度相关。在最优条件下,该方法的动态检测范围为5-125 mg/L,最低检测限为3.08 mg/L。特异性实验证实其它化学物质对丙酮分子的检测无明显干扰,在水样中对丙酮检测的加标回收率为85.8%-107.5%。总之,本论文以纳米酶催化特性为基础,将其催化活性的变化作为检测信号,建立了三种简单、快速、灵敏的小分子化学危害物检测方法。本论文所建立的方法检测成本低、简单快速、无需昂贵仪器,并且可靠性强,有望应用于农产品及水体中小分子化学危害物的检测。
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