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纳米尺度光化学传感器的制备及其在食品安全检测中的应用

作　者: 迟虹
导　师: 张忠平
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 无机化学
关键词: 食品安全比色光化学传感器表面增强拉曼光谱传感器
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光化学传感器例如紫外,拉曼、荧光等因其灵敏度好,实验设备简单,检测方便等优点而备受化学研究者的青睐,因而得到飞速发展。比色传感器可以不借助任何昂贵的仪器设备而直接用肉眼观察;拉曼传感器具有选择性好、灵敏度高、能够给出指纹信息等特点。本文在制备纳米尺度光化学传感器的基础上,实现对人类健康与环境构成威胁的具有高毒性和高残留性的农药和食品添加剂的简单快速选择性检测。用金纳米粒子的表面等离子共振吸收光谱实现对牛奶中以增加假蛋白含量为目的而非法添加的微量三聚氰胺进行选择性可视化检测;在此基础上,结合光子晶体具有特殊的光学带隙的特点,设计贵金属纳米粒子的聚集体—光子晶体,用于表面增强拉曼散射检测食品中的农药残留。(1)基于氨基与贵金属金纳米粒子的亲和性,探索了比色法选择性检测三聚氰胺的化学传感器。由于三聚氰胺的多个氨基可以交联金纳米粒子,形成聚集体,引起金纳米粒子紫外吸收光谱红移的,从而确立三聚氰胺浓度与金纳米粒子吸收峰红移的关系,实现定量检测。实验中发现单纯的柠檬酸钠稳定的13nm金纳米粒子体系呈酒红色,在ppb含量三聚氰胺存在下在5分钟内便由酒红色变到紫红色。为了优化实验条件,加入大浓度的盐NaHSO4对金纳米粒子表面的柠檬酸钠进行剥离,优化实验条件,以便微量的三聚氰胺可以接近金纳米粒子表面。优化条件下在纯水中可以检测到0.1μM的三聚氰胺,并且对结构类似物有很好的选择性。在牛奶加入回收产物中可以无干扰的检测到25ppb的三聚氰胺。实现了牛奶中非法添加剂三聚氰胺的简单、快速、可视化检测。(2)基于表面增强拉曼光谱的选择性,敏感性和能够给出指纹信息,低检测限等特点,本文提出通过物理共沉积制备大规模金反蛋白石材料的方法,首先利用表面带负电荷的尺寸均匀的聚苯乙烯(PS)微球和表面带正电荷的金纳米粒子之间的静电作用,进行自组装。再由自下而上自组装生长的方法构造金纳米粒子的蛋白石结构。然后溶解PS微球得到高度有序的纳米尺度金的反蛋白石结构。根据贵金属纳米粒子对吸附于其表面的分子具有拉曼散射信号增强的性质,用拉曼探针分子对氨基苯硫酚、罗丹明6G对所合成衬底的增强特性进行表征。最后用这种稳定的芯片实现对食品中农药残留如2,4-D类除草剂的表面增强拉曼光谱的快速简单检测。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-27
  1.1 引言  8-9
  1.2 目前食品中非法添加剂—三聚氰胺的检测方法和技术  9-11
  1.3 目前食品、环境中农残检测方法和技术  11-13
  1.4 光化学传感器在食品安全检测中的应用  13-19
    1.4.1 基于贵金属纳米粒子的光化学传感器的特点  13
    1.4.2 贵金属纳米粒子的性质  13-14
    1.4.3 拉曼光散射与表面增强拉曼光散射的原理  14-19
  1.5 本文选题及主要研究内容  19-21
  参考文献  21-27
第二章基于比色光化学的未修饰金纳米粒子在三聚氰胺检测中的应用  27-51
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 原料及规格  28-29
    2.2.2 13nm 金纳米粒子的制备  29
    2.2.3 三聚氰胺的检测  29-30
    2.2.4 奶制品的处理  30
    2.2.5 表征  30
  2.3 结果与讨论  30-45
    2.3.1 基于分子交联的聚集机制  30-31
    2.3.2 优化金纳米粒子溶胶与三聚氰胺的检测比例  31-32
    2.3.3 金纳米粒子溶胶进行定量比色检测的可能性  32-33
    2.3.4 温度对结合动力学的影响  33-34
    2.3.5 pH 对比色检测的影响  34-35
    2.3.6 金纳米粒子尺寸对检测的影响  35-36
    2.3.7 纳米粒子溶胶比色检测的敏感性  36-38
    2.3.8 三聚氰胺存在下金纳米粒子溶胶的聚集动力学  38-39
    2.3.9 纳米粒子对七种类氨基化合物的选择性  39-40
    2.3.10 其他配体粒子的比色效果  40-41
    2.3.11 硫酸氢钠优化表面配体交换的选择性  41-42
    2.3.12 实际样品中三聚氰胺的检测  42-45
  2.4 本章小结  45-46
  参考文献  46-51
第三章基于表面增强拉曼光谱的三维金反蛋白石结构在农药残留检测中的应用  51-74
  3.1 引言  51-54
  3.2 实验部分  54-56
    3.2.1 原料及规格  54
    3.2.2 ITO 玻璃与硅片的亲水处理  54-55
    3.2.3 制备水相中的 6nm 金纳米粒子  55
    3.2.4 三维金蛋白石的制备  55
    3.2.5 溶掉 PS 模板制备反蛋白石结构  55
    3.2.6 金反蛋白石对拉曼探针分子和农药的测定  55
    3.2.7 产物的表征  55-56
  3.3 结果与讨论  56-67
    3.3.1 光子晶体的一般概念和制备方法  56-58
    3.3.2 金纳米粒子的制备  58-59
    3.3.3 二维金反蛋白石结构的制备  59-60
    3.3.4 聚苯乙烯胶球晶体的热处理过程  60-61
    3.3.5 三维金反蛋白石结构的制备  61-63
    3.3.6 三维金光子晶体对拉曼探针分子以及农药的检测  63-66
    3.3.7 农药的检测  66-67
  3.4 本章小结  67-68
  参考文献  68-74
致谢  74-75
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  75

纳米尺度光化学传感器的制备及其在食品安全检测中的应用

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