现如今,随着人们经济水平的显著提高及食品观念的逐渐改变,人们也越来越关注食品安全问题。向食品中添加有毒有害的非食品原料是威胁食品安全的主要原因之一。甲醛是一种非食品原料,也是一种较高毒性的物质和潜在的强致突变物,国家明令禁止将其作为食品添加剂使用。由于甲醛具有防腐、保鲜、增白、增重、改善质地和口感等作用,常被用来添加到食品中,导致很多甲醛食品的出现,对食品品质安全和人体生命安全构成了严重的威胁。因此,建立有效的食品安全快速检测技术成为食品行业关注的热点问题。QCM气体传感器作为科学技术发展的产物,因其具有装置简单、成本低廉、便于携带、检测灵敏度高和可实时在线监测等优点,在医疗诊断、环境监测及食品安全检测等领域等到了广泛的应用,在检测易燃易爆、有毒有害气体等方面已经彰显出了它的快速、灵敏、高效的检测特性。因此本文以QCM器件为传感结构,制备了基于聚多巴胺功能化的介孔二氧化硅纳米颗粒的QCM气体传感器,研究对甲醛的气敏性能,并将其应用的到食品中检测。论文主要内容包括以下三个方面:1.聚多巴胺功能化的空心介孔硅球的制备在本章的工作中,以氨水为碱源,CTAB为模板剂,正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,通过控制乙醇/水的体积比、TEOS含量、反应温度与时间。采用溶胶-凝胶法制备了空心介孔硅球(HMSSs),并利用多巴胺氧化自聚合对其进行氨基化修饰,得到聚多巴胺功能化的空心介孔硅球(PDA/HMSSs)。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、小角X射线衍射、傅立叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱分析和比表面积分析仪对样品的结构和形貌进行了表征。表征结果表明HMSSs拥有大小均一的形貌(粒径大小为200 nm)、有序的介孔孔道(孔径为4.2nm)和较高的比表面积(1134 m~2/g)、多巴胺修饰后,材料表面富含氨基基团。2.基于PDA/HMSSs的QCM传感器气敏性能及响应机理的研究本章测试分析了基于PDA/HMSSs的传感器对标准甲醛气体的气敏性能。气敏结果表明,基于PDA/HMSSs的传感器对甲醛气体有良好的响应灵敏度、选择性和长期稳定性,检测限为100 ppb。通过与基于PDA/MSSs的QCM传感器比较,PDA/HMSSs基QCM传感器有较好的灵敏度和较短的响应-恢复时间。此外通过原位漫反射红外技术和热力学焓变研究了甲醛与PDA/HMSSs纳米材料之间的传感机理。根据热力学参数研究结果ΔH=-51.97 KJ/mol,说明甲醛与PDA/HMSSs之间发生了微弱的化学吸附,且吸附反应是可逆的。原位红外漫反射技术结果表明,在甲醛暴露3 min内,PDA/HMSSs上的N-H消失,C-N和C-O出现,当暴露时间为5 min时,N-H出现,C-N和C-O消失,揭示了甲醛与PDA/HMSSs纳米材料之间发生了可逆性的亲核加成反应,与甲醛分子中C-O和聚多巴胺中N-H有关。3.基于PDA/HMSSs的QCM传感器快速检测不同食品中的甲醛本章将构建的QCM传感器检测系统分别检测蔬菜、水产品、啤酒和干货中的甲醛残留。检测结果表明,该检测系统性能良好,准确可靠,检测时间短,每个食品可以在30 s内完成。利用分光光度法进行验证,检测结果与基于PDA/HMSS-2传感器结果相一致,进一步证实PDA/HMSS-2传感器可以较准确、稳定地测定复杂食品样品中的甲醛,并且受到的干扰小。本方法快速灵敏、操作简单、检测效率高,在食品中甲醛的检测上有广阔的应用前景。