【摘要】：有機(jī)磷(Organophosphorus pesticides,OPs)因其劇毒的性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于殺蟲劑。而殘留在土壤、食品、環(huán)境中的OPs也給人類的健康帶來了威脅。世界衛(wèi)生組織表示中老年人長期食用有農(nóng)藥殘留的蔬菜水果等農(nóng)產(chǎn)品其罹患帕金森病、早老性癡呆、心腦血管病、糖尿病、白血病等嚴(yán)重疾病的風(fēng)險明顯增加。因此對OPs殘留進(jìn)行高效、高靈敏檢測成為亟待解決的問題。電化學(xué)技術(shù)是應(yīng)用非常廣泛、成熟的一項OPs分析技術(shù),具有操作簡單、準(zhǔn)確性高和低成本等優(yōu)點。電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)(Electrochemiluminescence,ECL)是結(jié)合電化學(xué)與發(fā)光化學(xué)的一門新型的OPs分析檢測技術(shù)。它具有低的背景信號,高的靈敏度和快速檢測等優(yōu)點。在本論文中,我們著重于合成新型的類石墨相氮化碳(Graphitic carbon nitride,g-C_3N_4)納米復(fù)合材料,并結(jié)合OPs對乙酰膽堿酯酶(Acetylcholinesterase,ACh E)的抑制作用設(shè)計了新型的電化學(xué)及ECL生物傳感器,用于有機(jī)磷的檢測(我們主要以乙基對氧磷(Ethyl paraoxon)為模板目標(biāo)物),具體研究內(nèi)容如下:1.基于Pd蠕蟲狀納米鏈/氮化碳構(gòu)建電化學(xué)生物傳感器檢測有機(jī)磷和石杉堿甲Ag-C_3N_4由于具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用在化學(xué)發(fā)光和電致化學(xué)發(fā)光領(lǐng)域,但其在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用一直較少。在此次研究中,我們利用g-C_3N_4較大的比表面積成功將其與Pd蠕蟲狀納米鏈(Pd WLNCs)合成納米復(fù)合材料(Pd WLNCs/g-C_3N_4)。并基于Pd WLNCs/g-C_3N_4復(fù)合材料和AChE制備了新型電化學(xué)生物傳感器檢測OPs和石杉堿甲(hup A),拓寬了g-C_3N_4在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。通過透射電子顯微鏡(TEM)和X射線光電子能譜(XPS)對納米復(fù)合材料的形貌和組分進(jìn)行表征。實驗結(jié)果表明,Pd WLNCs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料可以有效地固載酶,并實現(xiàn)信號放大。在最佳實驗條件下,所構(gòu)建的生物傳感器顯示出良好的性能。OPs和hup A的線性響應(yīng)范圍分別為1.00 nmol·L~(-1)至14.96μmol·L~(-1)和3.89nmol·L~(-1)至20.80μmol·L~(-1),相應(yīng)的檢測限分別為0.33 nmol·L~(-1)和1.30 nmol·L~(-1)(S/N=3)。同時,該生物傳感器具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性,可用于實際樣品分析。2.基于環(huán)糊精功能化的氮化碳構(gòu)建電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器檢測有機(jī)磷OPs可以抑制AChE的活性,從而減少酶催化產(chǎn)物硫代膽堿和乙酸(HAc)的生成量。傳統(tǒng)的有機(jī)磷檢測機(jī)理多是基于硫代膽堿的量的變化,而忽略了另一種產(chǎn)物HAc。在這次的研究中,我們基于OPs對HAc產(chǎn)量的影響,結(jié)合酸堿反應(yīng)構(gòu)建了一種新型的OPs檢測方法。首先,合成了新型納米復(fù)合材料氮化碳-b-環(huán)糊精(g-C_3N_4-CD),與g-C_3N_4相比,該復(fù)合材料具有更好的分散性,穩(wěn)定性和發(fā)光效率。同時,所獲得的g-C_3N_4-CD具有超分子識別特性,可以與羧基二茂鐵(Fc-COOH)形成主客體包絡(luò)復(fù)合物(g-C_3N_4-CD-Fc-COOH)。此外,通過酰胺化反應(yīng),乙酰膽堿酯酶(AChE)可以高效被g-C_3N_4-CD-Fc-COOH固載,形成新的生物復(fù)合物g-C_3N_4-CD-Fc-COOH/ACh E。然后,基于酶的抑制機(jī)制和合成的生物復(fù)合材料g-C_3N_4-CD-Fc-COOH/AChE構(gòu)建了用于OPs檢測的ECL生物傳感器。該傳感器的檢測機(jī)理如下:通過酶促反應(yīng)原位產(chǎn)生的HAc可以消耗電極表面周圍的共反應(yīng)試劑三乙胺(Et3N),使得ECL信號顯著降低,在加入OPs后,因為OPs對AChE活性的抑制,Et3N的消耗量減少,導(dǎo)致ECL信號的增強(qiáng)。在最佳實驗條件下,將構(gòu)建的生物傳感器用于OPs的檢測,其線性范圍為1.0 pmol·L~(-1)至0.5mmol·L~(-1),檢測限為0.3 pmol·L~(-1)。該生物傳感器具有背景信號低,響應(yīng)快速等優(yōu)點,為實際樣品中的OPs檢測提供新的思路。3.基于羧基化氮化碳-聚乙烯亞胺復(fù)合物構(gòu)建電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器檢測有機(jī)磷在ECL生物傳感器的構(gòu)建過程中,信號放大是至關(guān)重要的一步。g-C_3N_4的信號放大往往是基于金屬材料的引入,較少的高分子聚合物被應(yīng)用于放大g-C_3N_4的ECL信號。我們將聚乙烯亞胺高分子聚合物(PEI)與羧基化的g-C_3N_4(C-g-C_3N_4)鍵合,成功改善C-g-C_3N_4的發(fā)光效率,實現(xiàn)信號放大。并且基于羧基氮化碳-聚乙烯亞胺新型復(fù)合物(C-g-C_3N_4-PEI)和AChE制備了ECL生物傳感器用于OPs的靈敏檢測。通過C-g-C_3N_4的-COOH與PEI的-NH2之間的酰胺反應(yīng)制備的C-g-C_3N_4-PEI納米復(fù)合材料可以顯著增強(qiáng)ECL效率和傳感器的穩(wěn)定性。AChE水解硫代乙酰膽堿(ATCl)產(chǎn)生硫代膽堿,硫代膽堿可以與C-g-C_3N_4-PEI的共反應(yīng)試劑K_2S_2O_8反應(yīng),使K_2S_2O_8的量減少。因為OPs是AChE抑制劑,所以共反應(yīng)劑K_2S_2O_8的消耗隨著OPs濃度的增加而降低,從而獲得增強(qiáng)的ECL信號。在最佳實驗條件下,所制備的生物傳感器的線性范圍為1.0 pmol·L~(-1)至5.0μmol·L~(-1),檢測限為0.3 pmol·L~(-1)。該新型策略具有實用性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好的優(yōu)點,為實際樣品中的OPs檢測提供了新的方法。綜上,基于Pd WLNCs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料、g-C_3N_4-CD納米復(fù)合材料、C-g-C_3N_4-PEI納米復(fù)合材料和AChE分別構(gòu)建了電化學(xué)和電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器以檢測OPs。通過引入其他材料改善g-C_3N_4的分散性、導(dǎo)電性、發(fā)光效率等,拓寬了g-C_3N_4的應(yīng)用領(lǐng)域,提高了生物傳感器的靈敏度。并且利用酶催化底物產(chǎn)生的HAc和硫代膽堿的量的變化,作為定量檢測OPs的指標(biāo)。實驗結(jié)果表明,所制備的生物傳感器可以實現(xiàn)OPs的靈敏檢測,且具有較寬的檢測范圍和較低的檢測限,這為我們以后實現(xiàn)OPs快速和即時奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O657.1;TQ450.263

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本文編號：2299568