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钴锰混合金属氧化物比色检测食品中的亚硫酸盐

钴锰混合金属氧化物比色检测食品中的亚硫酸盐

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作者：张小硕西北农林科技大学

学位级别：硕士

亚硫酸盐(SO)是普遍的食品添加剂之一,在许多食品中被用作漂白剂和防腐剂。SO会抑制酚氧化酶的活性,防止食品的酶促褐变。同时,可以水解微生物表面的活性成分,使微生物正常的生理活动受到严重阻碍。食品中大量使用SO,不但会破坏食品中... 详细信息

亚硫酸盐(SO)是普遍的食品添加剂之一,在许多食品中被用作漂白剂和防腐剂。SO会抑制酚氧化酶的活性,防止食品的酶促褐变。同时,可以水解微生物表面的活性成分,使微生物正常的生理活动受到严重阻碍。食品中大量使用SO,不但会破坏食品中的营养素,而且大量残留会对人体产生危害。由于常见检测SO方法存在对样品要求严格、仪器昂贵、操作复杂等不足。比色分析方法具有灵敏度高、响应时间短、选择性优异等优点。特别是基于纳米模拟酶的比色分析法,因其具有比天然酶稳定性好、成本低、易于贮存等优点,已经成为一种重要的比色工具。本论文基于钴锰混合金属氧化物纳米模拟酶,在无需过氧化氢的条件下比色检测食品中的SO。同时制备凝胶试剂盒,实现更简单、快速的可视化现场检测SO。主要研究结果如下:1.采用水热法和煅烧法制备了具有类氧化酶活性的钴锰混合金属氧化物纳米棒(Co Mn MMOs)。通过在空气中煅烧Co(CO)(OH)·HO@Co MnO纳米棒,使Co MnO均匀分散在CoO之间。协同引入Co MnO会促进CoO中的电子转移,不仅解决了CoO的聚集问题,还增加了纳米酶的活性位点,所得的Co Mn MMOs-NRs纳米酶的催化活性增强。制备的纳米酶能催化显色底物3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)氧化为蓝色ox TMB,其Michaelis-Menten常数(K)为0.042 m M,最大反应速率(V)为0.85*10M s。Co Mn MMOs催化分解溶解氧生成·O,在Co Mn MMOs表面的·O将TMB氧化成ox TMB,溶液变化为蓝色。加入SO会导致蓝色ox TMB还原为无色TMB,溶液褪色。基于SO对Co Mn MMOs-TMB体系的抑制作用,在最佳条件下(温度40℃,TMB浓度和Co Mn MMOs浓度均为67μM,p H=4.0),检测SO的线性范围为1.56～15.58μM,检出限(LOD)为62.38 n M。结合智能手机APP(颜色识别器),设计了一种便携式一次性琼脂糖水凝胶检测试剂盒。加标回收率在93.50%～111.47%之间,相对标准偏差(RSD)在0.98%～8.76%之间,实现了食品样品中SO的现场半定量可视化检测。2.采用半牺牲模板策略合成了一种具有类氧化酶活性中空和多孔的N掺杂核壳结构钴锰混合金属氧化物(Co Mn MMOs/nhcs)纳米复合材料。随着nhcs的协同引入,Co Mn MMOs/nhcs的类氧化酶催化活性大大提高,孔结构更加开放,比表面积更大。其K为0.0125 m M,V为7.90*10M s。与Co Mn MMOs和Co Mn MMOs/HCS相比,Co Mn MMOs/nhcs的酶催化活性更高。所得到的Co Mn MMOs/nhcs纳米酶在检测食品中的SO方面表现出优异的性能。检测线性浓度范围为1.56～25.56μM,检出限(LOD)为42.72 n M。基于优异的氧化纳米模拟酶特性,建立了基于琼脂糖的水凝胶膜对SO的比色检测。展示了便携式琼脂糖的水凝胶膜检测SO的很大的潜力。本工作为新型nhcs杂化材料的可控构建提供了一种新策略,也为Co Mn MMOs纳米材料作为高效纳米酶的检测开辟了新的途径。综上所述,本研究合成了两种新型纳米模拟酶(Co Mn MMOs和Co Mn MMOs/nhcs),并探讨了其催化性能。由Co MnO修饰的CoO组成的Co Mn MMOs,形成的异质结构增加活性位点,加速催化反应中的电子转移,同时解决了积聚问题。nhcs作为一种硬模板,可以辅助其表面Co Mn MMOs纳米片的生成;而作为牺牲模板的Si O球则在此过程中溶解。氮掺杂可以改变碳基体的极性,改变碳质材料的电子分布,在碳材料中掺杂氮可以提高模拟酶的催化活性。在此基础上,构建了SO比色检测平台,并成功应用于食品样品SO的分析。这为新型比色传感器在食品安全领域的应用开辟了新途径。

关键词：比色检测 comnmmos comnmmos/nhcs 亚硫酸盐氧化模拟酶

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