基于环糊精/石墨烯电化学传感器的构建及其氟虫腈快速检测性能研究

作     者：高慧霖 

作者单位：仲恺农业工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：龚圣

授予年度：2023年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080202[工学-机械电子工程] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：β-环糊精 氟虫腈 超分子化学 电化学传感器 石墨烯 

摘      要：随着世界经济发展和人口不断增长,为了确保粮食产率不断增长,在农业生产中必须使用农药进行病虫害防治,食品安全也日益受到人们的普遍关注。氟虫腈(FIP)在农作物害虫防治、家庭卫生害虫防治和兽用药物等多方面仍有大量的应用。氟虫腈残留物通过食物链传播和累积,最终可能对动物和人类造成严重得危害。电化学法作为一种新兴的检测方法,因其检测速度快、成本低、检测设备便携等优势得到了广泛的应用。本研究选择具有较强分子识别能力的环糊精超分子为载体,通过电化学聚合、改性等,复合具有优良导电性能的二维材料石墨烯,建立了一种快捷、灵敏检测FIP的电化学传感方法。具体研究结果如下:(1)通过电化学沉积/聚合的方法,逐层制备电还原氧化石墨烯(Er GO)和β-环糊精(β-CD)复合修饰电极,用于FIP的检测。实验通过拉曼光谱、扫描电镜、循环伏安法和电化学阻抗法对不同的修饰电极进行表征和电化学性能测试。经过优化,发现修饰后的β-CD/Er GO/GCE电极电流比裸电极高35倍,电极的导电性能得到大幅度的提升。通过探讨了该传感器的高灵敏作用机理,结果表明该传感器对FIP浓度在0.01～20μmol/L存在良好的线性关系,检出限为0.0073μmol/L。将本研究制备的修饰电极应用于河水和自来水中的FIP检测,回收率在96.0%～104.0%。(2)为了进一步提升传感器的灵敏度,通过硅烷偶联剂Si-69疏水改性β-环糊精(Si-69-β-CD),提高环糊精对FIP的识别能力,从而提高电极的灵敏度。通过反应温度、反应时间、溶剂配比、溶剂p H和反应物配比等影响因素的单因素实验得到了最佳的制备工艺条件。通过红外光谱、热重、拉曼光谱、核磁共振等手段对合成的Si-69-β-CD进行表征,研究结果表明,研究结果表明,在反应时间6h、反应温度80℃、70%(v%)乙醇水溶液、p H 4.0、β-CD/Si-69(m%)为0.6的制备条件下得到的Si-69-β-CD性能最佳。与天然β-CD相比,多空腔的协同作用,扩大了疏水作用环境,Si-69-β-CD对FIP的作用力更强,包合常数为1144.9187 L/mol。(3)以Si-69-β-CD作为电极修饰材料,构建高性能的FIP电化学传感器。经过循环伏安法、电阻抗法等一系列电化学性能测试,并对影响传感器电化学性能的因素进行优化。研究结果表明,该传感器对FIP浓度在0.01～20μmol/L范围之间存在良好的线性关系,检出限为0.0023μmol/L,电极的灵敏度得到进一步的提高,检出限下降了68.5%。对市售FIP杀蟑饵剂分散在河水和自来水中和鸡蛋进行加标回收样品测试,回收率在94.0%～103.0%和95.0%～102.0%,说明本研究制得的FIP电化学传感器性能突出,有望应用于相关农产品或食品的氟虫腈残留的现场快速检测。