白光型Ln-MOF传感阵列对水中多组分抗生素的识别分析

作     者：吕伊宁 

作者单位：中国地质大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李勇;贺珊珊

授予年度：2023年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0804[工学-仪器科学与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：稀土金属有机框架 荧光检测 传感阵列 白光 抗生素 

摘      要：近年来,为对抗医疗业和农业中抗生素过度消费所造成的环境危害,愈来愈多的研究人员致力于开发多样化的抗生素监测技术。水环境中的抗生素往往以浓度低、形态复杂、同源结构相似的情况存在,而传统的单目标识别技术会因其检测效率低下及抗干扰能力差的弊端不适合应用于实际监测,因此发展一种便携且高通量的分析方法迫在眉睫。本论文基于多波长轮廓谱构建荧光传感阵列,以实现具有高识别维度和量化能力的多目标分析技术,为多组分抗生素的高效检测提供了新思路。主要研究内容如下:(1)制备多个稀土金属有机框架(Lanthanide-organic framework,Ln-MOF)荧光传感单元Ln-MOF 1-3来构建新型颜色编码L-M阵列,基于交叉响应机制对硝基类抗生素(共10种)进行检测。由线性判别分析(LDA)和层次聚类分析(HCA)处理荧光信号,获得了每一种抗生素的形态鉴别及0-12 ppm范围内的判别分数以实现定性和定量分析,且检出限(LOD)均低至ppb水平。基于该方法测定了加标湖水样品中的抗生素,与高效液相色谱法(HPLC)结果相一致。并成功分析出特定水样中多种硝基类抗生素的未知形态和浓度,进一步证实了其优异的溯源性能。该工作为监测抗生素的环境行为和毒理学研究提供了可能。(2)制备一种由Au NPs负载的集成式Au NPs@Eu/Tb(PMA)白光传感单元,实现了对四环素类、喹诺酮类和β-内酰胺类(共11种)抗生素的检测。基于Eu/Tb(PMA)骨架的限域作用抑制Au NPs的负面聚集,保证其传感活性,并结合Eu/Tb位点实现对不同类别抗生素的差异化响应,构建出高信噪比的白光可视化监测平台。通过收集荧光通道响应信号组建类间离散、类内聚集的标准LDA响应数据库(SA)实现了对抗生素的判别及0-2 ppm范围内的量化,其中对喹诺酮类的LOD低至20 ppb。并在实际样本的测定中,以HPLC结果为参考,验证了其可行性。该工作在精简了传感材料的同时,拓宽了检测范围,为精准的水质监测提供新路径。(3)制备Eu/Tb-BPTC白光集成式荧光传感薄膜,基于该骨架的聚集诱导发光效应(AIE)和Eu/Tb位点对呋喃类、喹诺酮类和头孢类(共7种)抗生素进行交叉识别。可通过薄膜色度变化迅速筛分抗生素类别,进而收集荧光信号构建L-SA,绘制HCA树状图,获取清晰的类间差异。并经LDA处理获取单一目标指纹信息,以实现精确的定性和定量,所得多数抗生素LOD低于20 ppb。采用Eu/Tb-BPTC分析未知水样时表现出良好的精度,可控制误差在10%以内。该工作仅依靠器件化的MOF材料进行水质分析,具有出色的化学稳定性和实用性。