【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(guó)主要的木本經(jīng)濟(jì)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的農(nóng)藥殘留,不僅威脅到消費(fèi)者健康,也對(duì)我國(guó)茶及茶制品出口貿(mào)易造成嚴(yán)重影響。但現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)存在著檢測(cè)效率低、檢測(cè)成本高等局限性。因此,茶葉中農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)引發(fā)了越來(lái)越多的關(guān)注。本課題開(kāi)展了基于表面增強(qiáng)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(cè)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.基于表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的茶葉中吡蟲(chóng)啉殘留快速檢測(cè)研究。本研究提出了一種利用銀納米花(silver nano flower,AgNF)對(duì)茶中的吡蟲(chóng)啉進(jìn)行SERS快速檢測(cè)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(guò)掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等手段對(duì)該基底進(jìn)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(chóng)啉含量的預(yù)測(cè)模型,參數(shù)優(yōu)選后將預(yù)測(cè)能力最強(qiáng)的模型應(yīng)用于茶中吡蟲(chóng)啉的定量預(yù)測(cè)中。實(shí)驗(yàn)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(cè)偏差(RPD)作為評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)能力的指標(biāo),所建立的模型其預(yù)測(cè)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(cè)試集Rp=0.9702、RPD=4.95%;所提出的檢測(cè)方法對(duì)吡蟲(chóng)啉的最低檢測(cè)限(LOD)可達(dá)4.55×10~(-5)μg/g且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于4.50%。該研究最終證實(shí)所提出的AgNF結(jié)合GA-PLS的SERS技術(shù)對(duì)茶中吡蟲(chóng)啉殘留檢測(cè)的思路切實(shí)可行。2.基于表面增強(qiáng)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(cè)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(jìng)爭(zhēng)性自適應(yīng)重加權(quán)偏最小二乘法(CARS-PLS)等化學(xué)計(jì)量學(xué)模型以實(shí)現(xiàn)2,4-D濃度的預(yù)測(cè),并對(duì)所建立模型的參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比以篩選最優(yōu)預(yù)測(cè)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,2,4-D與AgNPs混合后在391cm~(-1)處產(chǎn)生了強(qiáng)SERS信號(hào),說(shuō)明2,4-D通過(guò)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(cè)能力指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,所建立模型的預(yù)測(cè)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(duì)2,4-D的LOD可達(dá)2.88×10~(-5)μg/g且RSD5%;將該檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高效液相色譜法(HPLC)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,統(tǒng)計(jì)學(xué)差異不顯著。該研究結(jié)果證實(shí)SERS技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)模型可以成功應(yīng)用于茶葉中2,4-D的快速檢測(cè)。3.基于表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的茶中啶蟲(chóng)脒快速檢測(cè)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(jì)量學(xué)模型以實(shí)現(xiàn)茶中啶蟲(chóng)脒的SERS快速檢測(cè)。利用濕化學(xué)手段使星形金納米顆粒原位生長(zhǎng)在氧化石墨烯表面,通多多種表征手段證實(shí)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(tuán)的親和作用,將rGO-NS應(yīng)用于茶葉中啶蟲(chóng)脒的檢測(cè);最后結(jié)合GA-PLS對(duì)樣品SERS光譜進(jìn)行模型建立以實(shí)現(xiàn)茶中啶蟲(chóng)脒的快速定量檢測(cè)。研究結(jié)果顯示,金納米星被成功負(fù)載在氧化石墨烯上;之后將rGO-NS應(yīng)用于啶蟲(chóng)脒的SERS檢測(cè)中,所收集的SERS光譜強(qiáng)度與啶蟲(chóng)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(duì)光譜進(jìn)行預(yù)測(cè)模型建立,訓(xùn)練集和預(yù)測(cè)集的均方根誤差分別為0.9772和0.9757,在該條件下LOD可達(dá)2.13×10~(-5)μg/g;實(shí)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(duì)茶葉中啶蟲(chóng)脒進(jìn)行快速檢測(cè)。4.表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)對(duì)茶葉中兩種農(nóng)藥殘留的同時(shí)快速檢測(cè)研究。為同時(shí)檢測(cè)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(duì)實(shí)際茶葉樣品進(jìn)行了凈化,將凈化后的流出液作為檢測(cè)樣品并收集SERS光譜,最終結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)構(gòu)建了預(yù)測(cè)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(chóng)脒和2,4-D在單一及混合條件下均可以產(chǎn)生強(qiáng)SERS信號(hào);多種模型優(yōu)化后確定GA-PLS作為預(yù)測(cè)模型,對(duì)啶蟲(chóng)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(shuō)明所建立的模型具有較好的魯棒性和穩(wěn)定性;該方法對(duì)啶蟲(chóng)脒的檢測(cè)限為2.63×10~(-5)μg/g,對(duì)2,4-D的檢測(cè)限為4.15×10~(-5)μg/g。結(jié)果表明所建立的SERS檢測(cè)手段可以實(shí)現(xiàn)茶葉樣品中2,4-D及啶蟲(chóng)脒的同時(shí)檢測(cè),檢測(cè)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(shí)檢測(cè)提供了新方法。5.基于特異性表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的茶葉中啶蟲(chóng)脒高靈敏檢測(cè)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(chóng)脒的高靈敏SERS檢測(cè)中。首先,采用原位水熱種子生長(zhǎng)法成功制備了Ag@Au CSNPs,并對(duì)其表面修飾SERS信號(hào)分子4,4'-二吡啶(4,4'-dipyridyl,DP)和硫醇化的啶蟲(chóng)脒核酸適配體,構(gòu)建了對(duì)啶蟲(chóng)脒具有特異性的信號(hào)探針;并且制備硫醇化的啶蟲(chóng)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(chóng)脒捕獲探針;當(dāng)體系中存在啶蟲(chóng)脒時(shí)由于核酸適配體的特異性親和作用,可將信號(hào)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(qiáng)的SERS信號(hào)并且與啶蟲(chóng)脒的濃度呈良好線性關(guān)系。多種表征手段證實(shí),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(hào)進(jìn)行啶蟲(chóng)脒定量檢測(cè),LOD為5.894×10~(-6)μg/g,實(shí)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(duì)比結(jié)果無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。研究結(jié)果表明,所合成的生物傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)啶脒的高靈敏SERS檢測(cè),為農(nóng)藥殘留的特異性SERS檢測(cè)提供了可行的方法。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O657.37;TS272.7


本文編號(hào)：2775023