發(fā)布時間：2020-07-30 04:33

【摘要】：茶(Camellia sinensis L.)是世界上飲用最為廣泛的非酒精飲料之一,具有多種保健功能。作為我國主要的木本經(jīng)濟作物,茶有助于增加農(nóng)業(yè)效益及茶農(nóng)收入。但茶在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定的農(nóng)藥殘留,不僅威脅到消費者健康,也對我國茶及茶制品出口貿(mào)易造成嚴重影響。但現(xiàn)有的檢測技術(shù)存在著檢測效率低、檢測成本高等局限性。因此,茶葉中農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)的研究和開發(fā)引發(fā)了越來越多的關(guān)注。本課題開展了基于表面增強拉曼光譜(surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)技術(shù)的茶葉中農(nóng)藥殘留快速檢測研究,主要研究內(nèi)容如下:1.基于表面增強拉曼光譜技術(shù)的茶葉中吡蟲啉殘留快速檢測研究。本研究提出了一種利用銀納米花(silver nano flower,AgNF)對茶中的吡蟲啉進行SERS快速檢測的方法,首先,制備了表面高度粗糙的銀納米花作為免標(biāo)記SERS基底,通過掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等手段對該基底進行表征并優(yōu)化合成參數(shù);而后將該基底與樣品混合后收集SERS光譜,光譜經(jīng)預(yù)處理后結(jié)合偏最小二乘法(PLS)、聯(lián)合區(qū)間偏最小二乘法(Si-PLS)、反向區(qū)間偏最小二乘法(Bi-PLS)、遺傳偏最小二乘法(GA-PLS)分別建立樣品中吡蟲啉含量的預(yù)測模型,參數(shù)優(yōu)選后將預(yù)測能力最強的模型應(yīng)用于茶中吡蟲啉的定量預(yù)測中。實驗結(jié)果表明,所合成的AgNF形貌均一,平均粒徑約為780 nm;以剩余預(yù)測偏差(RPD)作為評價預(yù)測能力的指標(biāo),所建立的模型其預(yù)測能力按照PLSBi-PLSSi-PLSGA-PLS的順序逐漸增加,最優(yōu)的GA-PLS模型的測試集Rp=0.9702、RPD=4.95%;所提出的檢測方法對吡蟲啉的最低檢測限(LOD)可達4.55×10~(-5)μg/g且相對標(biāo)準偏差(RSD)小于4.50%。該研究最終證實所提出的AgNF結(jié)合GA-PLS的SERS技術(shù)對茶中吡蟲啉殘留檢測的思路切實可行。2.基于表面增強拉曼光譜技術(shù)的茶葉中2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)殘留快速檢測研究。本研究首先合成了銀納米顆粒(AgNPs)作為SERS基底使2,4-D分子在其表面吸附,之后分別嘗試了PLS、GA-PLS、蟻群偏最小二乘法(ACO-PLS)、競爭性自適應(yīng)重加權(quán)偏最小二乘法(CARS-PLS)等化學(xué)計量學(xué)模型以實現(xiàn)2,4-D濃度的預(yù)測,并對所建立模型的參數(shù)進行了對比以篩選最優(yōu)預(yù)測模型。實驗結(jié)果表明,2,4-D與AgNPs混合后在391cm~(-1)處產(chǎn)生了強SERS信號,說明2,4-D通過Cl原子與銀納米的作用成功吸附在AgNPs表面;選取RPD作為模型預(yù)測能力指標(biāo)進行對比,所建立模型的預(yù)測能力按照PLSACO-PLSGA-PLSCARS-PLS的順序遞增且最優(yōu)CARS-PLS的Rc=0.9939、Rp=0.9931、RPD=6.62;在此條件下對2,4-D的LOD可達2.88×10~(-5)μg/g且RSD5%;將該檢測方法與標(biāo)準規(guī)定的高效液相色譜法(HPLC)結(jié)果進行對比,統(tǒng)計學(xué)差異不顯著。該研究結(jié)果證實SERS技術(shù)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)模型可以成功應(yīng)用于茶葉中2,4-D的快速檢測。3.基于表面增強拉曼光譜技術(shù)的茶中啶蟲脒快速檢測研究。本研究制備了一種新型氧化石墨烯搭載金納米星(rGO-NS)的復(fù)合SERS基底并結(jié)合化學(xué)計量學(xué)模型以實現(xiàn)茶中啶蟲脒的SERS快速檢測。利用濕化學(xué)手段使星形金納米顆粒原位生長在氧化石墨烯表面,通多多種表征手段證實該基底材料合成成功;之后利用石墨烯結(jié)構(gòu)中π-π鍵與芳香基團的親和作用,將rGO-NS應(yīng)用于茶葉中啶蟲脒的檢測;最后結(jié)合GA-PLS對樣品SERS光譜進行模型建立以實現(xiàn)茶中啶蟲脒的快速定量檢測。研究結(jié)果顯示,金納米星被成功負載在氧化石墨烯上;之后將rGO-NS應(yīng)用于啶蟲脒的SERS檢測中,所收集的SERS光譜強度與啶蟲脒濃度在1.0×10~(-4)至1.0×10~3μg/g具有線性關(guān)系;利用GA-PLS對光譜進行預(yù)測模型建立,訓(xùn)練集和預(yù)測集的均方根誤差分別為0.9772和0.9757,在該條件下LOD可達2.13×10~(-5)μg/g;實際茶葉樣品加標(biāo)回收結(jié)果顯示回收率范圍為97.06%至115.88%,RSD5.98%。該研究表明,基于rGO-NS的SERS基底結(jié)合GA-PLS模型可以對茶葉中啶蟲脒進行快速檢測。4.表面增強拉曼光譜技術(shù)對茶葉中兩種農(nóng)藥殘留的同時快速檢測研究。為同時檢測茶葉中兩種農(nóng)藥殘留,本研究首先合成了金銀核殼納米顆粒(Au@Ag)作為SERS基底,之后利用SPE技術(shù)對實際茶葉樣品進行了凈化,將凈化后的流出液作為檢測樣品并收集SERS光譜,最終結(jié)合化學(xué)計量學(xué)構(gòu)建了預(yù)測模型。研究結(jié)果顯示,Au@Ag顆粒大小均一粒徑約為20 nm,金殼厚度約為2 nm;樣品經(jīng)SPE凈化后,在1.0×10~(-4)-1.0×10~3μg/g濃度范圍內(nèi)啶蟲脒和2,4-D在單一及混合條件下均可以產(chǎn)生強SERS信號;多種模型優(yōu)化后確定GA-PLS作為預(yù)測模型,對啶蟲脒和2,4-D的Rp分別為0.9943和0.9923,RPD分別為6.53和6.23,說明所建立的模型具有較好的魯棒性和穩(wěn)定性;該方法對啶蟲脒的檢測限為2.63×10~(-5)μg/g,對2,4-D的檢測限為4.15×10~(-5)μg/g。結(jié)果表明所建立的SERS檢測手段可以實現(xiàn)茶葉樣品中2,4-D及啶蟲脒的同時檢測,檢測結(jié)果穩(wěn)定性好靈敏度高,為復(fù)雜食品基質(zhì)的多指標(biāo)同時檢測提供了新方法。5.基于特異性表面增強拉曼光譜技術(shù)的茶葉中啶蟲脒高靈敏檢測研究。研究提出了一種新型銀金核殼納米粒(Ag@Au CSNPs)的合成手段并將其應(yīng)用于啶蟲脒的高靈敏SERS檢測中。首先,采用原位水熱種子生長法成功制備了Ag@Au CSNPs,并對其表面修飾SERS信號分子4,4'-二吡啶(4,4'-dipyridyl,DP)和硫醇化的啶蟲脒核酸適配體,構(gòu)建了對啶蟲脒具有特異性的信號探針;并且制備硫醇化的啶蟲脒適配體修飾的Fe_3O_4@Au核殼納米粒子(Fe_3O_4@Au CSNPs)作為啶蟲脒捕獲探針;當(dāng)體系中存在啶蟲脒時由于核酸適配體的特異性親和作用,可將信號探針、捕獲探針連接成三明治結(jié)構(gòu)并分離富集;所得三明治結(jié)構(gòu)在1290 cm~(-1)處有較強的SERS信號并且與啶蟲脒的濃度呈良好線性關(guān)系。多種表征手段證實,Ag@Au CSNPs合成成功,粒徑約為48 nm且金殼厚度約7 nm;透射電鏡顯示核酸適配體成功的修飾在Ag@Au CSNPs及Fe_3O_4@Au CSNPs表面;1290 cm~(-1)處的SERS信號進行啶蟲脒定量檢測,LOD為5.894×10~(-6)μg/g,實際樣品的加標(biāo)回收率在96.14%到118.33%范圍內(nèi),RSD值≤4.93%;與HPLC的對比結(jié)果無顯著統(tǒng)計學(xué)差異。研究結(jié)果表明,所合成的生物傳感器可以實現(xiàn)對啶脒的高靈敏SERS檢測,為農(nóng)藥殘留的特異性SERS檢測提供了可行的方法。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O657.37;TS272.7


本文編號：2775023