【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濟作物,茶有助于增加農業(yè)效益及茶農收入。但茶在生產過程中會產生一定的農藥殘留,不僅威脅到消費者健康,也對我國茶及茶制品出口貿易造成嚴重影響。但現有的檢測技術存在著檢測效率低、檢測成本高等局限性。因此,茶葉中農藥殘留快速檢測技術的研究和開發(fā)引發(fā)了越來越多的關注。本課題開展了基于表面增強拉曼光譜(surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)技術的茶葉中農藥殘留快速檢測研究,主要研究內容如下:1.基于表面增強拉曼光譜技術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;而后將該基底與樣品混合后收集SERS光譜,光譜經預處理后結合偏最小二乘法(PLS)、聯合區(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測模型,參數優(yōu)選后將預測能力最強的模型應用于茶中吡蟲啉的定量預測中。實驗結果表明,所合成的AgNF形貌均一,平均粒徑約為780 nm;以剩余預測偏差(RPD)作為評價預測能力的指標,所建立的模型其預測能力按照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且相對標準偏差(RSD)小于4.50%。該研究最終證實所提出的AgNF結合GA-PLS的SERS技術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)、競爭性自適應重加權偏最小二乘法(CARS-PLS)等化學計量學模型以實現2,4-D濃度的預測,并對所建立模型的參數進行了對比以篩選最優(yōu)預測模型。實驗結果表明,2,4-D與AgNPs混合后在391cm~(-1)處產生了強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作為模型預測能力指標進行對比,所建立模型的預測能力按照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%;將該檢測方法與標準規(guī)定的高效液相色譜法(HPLC)結果進行對比,統計學差異不顯著。該研究結果證實SERS技術結合化學計量學模型可以成功應用于茶葉中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)的復合SERS基底并結合化學計量學模型以實現茶中啶蟲脒的SERS快速檢測。利用濕化學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;之后利用石墨烯結構中π-π鍵與芳香基團的親和作用,將rGO-NS應用于茶葉中啶蟲脒的檢測;最后結合GA-PLS對樣品SERS光譜進行模型建立以實現茶中啶蟲脒的快速定量檢測。研究結果顯示,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具有線性關系;利用GA-PLS對光譜進行預測模型建立,訓練集和預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;實際茶葉樣品加標回收結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對茶葉中兩種農藥殘留的同時快速檢測研究。為同時檢測茶葉中兩種農藥殘留,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,最終結合化學計量學構建了預測模型。研究結果顯示,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SPE凈化后,在1.0×10~(-4)-1.0×10~3μg/g濃度范圍內啶蟲脒和2,4-D在單一及混合條件下均可以產生強SERS信號;多種模型優(yōu)化后確定GA-PLS作為預測模型,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。結果表明所建立的SERS檢測手段可以實現茶葉樣品中2,4-D及啶蟲脒的同時檢測,檢測結果穩(wěn)定性好靈敏度高,為復雜食品基質的多指標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構并分離富集;所得三明治結構在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,實際樣品的加標回收率在96.14%到118.33%范圍內,RSD值≤4.93%;與HPLC的對比結果無顯著統計學差異。研究結果表明,所合成的生物傳感器可以實現對啶脒的高靈敏SERS檢測,為農藥殘留的特異性SERS檢測提供了可行的方法。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O657.37;TS272.7


本文編號：2775023