【摘 要】
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作为一种典型的抗生素类药物,四环素(TC)滥用导致大量TC经粪肥施用与污水灌溉等途径进入土壤,对生态环境安全和人类健康构成严重威胁。因此,实现土壤中TC的精准检测具有重要意义。光电化学(PEC)适配体传感方法因灵敏度高、选择性好、成本低等优势,被广泛应用于抗生素的检测。然而,对于土壤样品分析,由于土壤基质复杂且TC含量较低,发展灵敏度高、选择性好的PEC分析方法,对于土壤中痕量TC的检测尤为重要。
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作为一种典型的抗生素类药物,四环素(TC)滥用导致大量TC经粪肥施用与污水灌溉等途径进入土壤,对生态环境安全和人类健康构成严重威胁。因此,实现土壤中TC的精准检测具有重要意义。光电化学(PEC)适配体传感方法因灵敏度高、选择性好、成本低等优势,被广泛应用于抗生素的检测。然而,对于土壤样品分析,由于土壤基质复杂且TC含量较低,发展灵敏度高、选择性好的PEC分析方法,对于土壤中痕量TC的检测尤为重要。在PEC适配体传感器的构建过程中,光敏材料的PEC活性与传感器的检测性能密切相关,本文通过量子点(QDs)敏化、异质结形成等途径,改善Bi OBr基光电极传感界面的PEC活性,进一步耦合适配体的高特异性与有机电化学晶体管(OECT)的信号放大,提出基于PEC适配体传感的高性能分析方法,实现土壤中TC的精准检测。主要研究内容如下:(1)利用一步水热法合成具有Z型电子转移路径的Cd Te-Bi OBr异质结,PEC性能研究表明,与单体Bi OBr和Cd Te QDs相比,Cd Te-Bi OBr异质结的光电流信号分别增强了5.0倍和8.0倍,为构建高灵敏度的PEC传感器提供基础;进一步以制备的Cd Te-Bi OBr异质结为光敏材料,结合适配体的高特异性,构建了一种PEC适配体感器用于TC的高性能检测;在最佳实验条件下,该传感器的线性范围为1.0×10-11-1.5×10-9 M,检出限为9.25×10-12 M。该传感体系具有较好的选择性、重现性和稳定性,且对于实际土壤中TC的检测,具有较好的可行性与准确度;(2)为了拓宽TC检测的线性范围,以静电吸附作用制备的Cd Te-Bi OBr异质结作为光敏材料,构建高活性的适配体光电栅极传感界面。PEC结果表明,由于较高的可见光利用率和较大的载流子密度,Cd Te-Bi OBr异质结栅极的光电流信号比Bi OBr增强了17.5倍;进一步,基于光电栅极增敏与OECT技术的信号放大,提出了具有双重信号放大的PEC适配体传感方法用于TC的检测。在最佳实验条件下,该传感器检测TC的线性响应范围为1.0×10-12-1.0×10-6 M,检出限为4.0×10-13 M。另外,构建的传感器具有较好的选择性与重现性,在土壤样品的加标检测中,取得了较好的回收率结果;(3)为了降低传感方法的检出限,利用Cd Te QDs对Sn O2-Bi OBr异质结光电栅极进行敏化,提高了光电栅极的PEC活性。研究表明,通过QDs敏化,栅极的光电流信号增强2.15倍;进一步,利用光电栅极增敏耦合OECT信号转换的双重信号放大策略,通过光电栅极增敏与OECT对栅极光电流的信号放大,发展基于栅极增敏耦合OECT技术的PEC适配体传感方法用于高性能检测TC;在最佳实验条件下,该传感器具有线性范围宽(1.0×10-13-1.0×10-6 M)、检出限低(2.82×10-14 M)的特点,另外,构建的传感器对于土壤样品中TC的加标检测,具有满意的回收率结果。
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