柔性便携式电化学传感器的构建及检测磺胺类药物的研究

来源 :江西农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:l1076223769
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磺胺类药物(Sulfonamides,SAs)是人工合成的,带有对氨基苯磺酰胺结构的抗菌药物,它能用于预防和治疗大多数革兰氏阳性菌,以及许多革兰氏阴性菌所引起的疾病。因其抗菌谱广、价格优惠而且性质稳定而广泛使用于养殖业中。超剂量用药、休药期用药都会使SAs在畜禽体内蓄积,在食品、农副产品和环境中的残留,最终沿着食物链进入人体,危害人们健康。与其他传统检测SAs的方法相比,电化学传感方法成本低、灵敏度高、检测速度快,而且仪器易操作、易集成和便携化。本文分别基于离子液体(Ionic Liquids,IL)-羧基化碳纳米管(Carboxylated Carbon Nanotubes,c CNTs)复合材料修饰商业的丝网印刷电极(Screen Printed Carbon Electrode,SPCE)和自制六方氮化硼修饰的柔性集成三电极(h-BN/LIPG0),构建了两种便携式传感器检测磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMZ),并实现了对多种磺胺类药物的测定。主要研究内容如下:(1)制备了对SMZ响应最大的IL-c CNTs/SPCE电极,优化试验参数,该电极表现出良好的稳定性,而且阻抗小、有效面积大。线性范围在1.04-233μM之间,SMZ浓度的倒数与其峰电流的倒数之间具有良好的线性关系,相关系数(R~2)为0.9972,检测限(Limit of Detection,LOD)为0.009μM,定量限(Limit of Quantitation,LOQ)为0.030μM。利用机器学习构建人工神经网络(ANN)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型用于分析SMZ残留,通过对比R~2、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和相对分析误差(RPD),LS-SVM对SMZ进行智能分析的结果比ANN更优。该传感器和高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatograph,HPLC)对样品中SMZ的回收率分别在96.4-117.7%和93.2-108.1%之间。t检验分析这两种方法检测结果显示无显著差异性,表明IL-c CNTs/SPCE便携式传感器用于动物源食品中SMZ分析是可行的。(2)首先采用激光直写技术制备激光诱导石墨烯电极(Laser-induced Graphene Flexible Electrode,LIPG),再用六方氮化硼和银/氯化银油墨分别对其工作电极和参比电极区域修饰,得到h-BN/LIPG0集成三电极,最后该电极与便携式工作站和智能手机构成柔性便携式传感装置。该电极表面呈现均匀的多孔结构、良好的稳定性、大的有效面积,SMZ在该柔性便携式传感器上比在传统电化学工作站、SPCE结合便携式工作站上有更低的电催化氧化电位和更高的峰电流响应。在0.5-362.5μM线性范围内呈良好的线性关系,R~2为0.9963,LOD为0.011μM,LOQ为0.037μM。采用该传感器和HPLC法测定湖水、牛奶样品中SMZ的回收率分别在97.5-101.3%和99.2-108.2%的范围内,采用t检验分析这两种方法的检测结果显示两者无显著性差异。与商业化的SPCE相比,本章自制的柔性集成三电极成本低、制备简单、对环境无害,在食品与环境安全检测领域中具有广阔的应用潜力。(3)将IL-c CNTs/SPCE、h-BN/LIPG0柔性便携式传感器分别对四种SAs(SN、SIZ、SM2、SPY)进行快速检测。结果显示在相同参数、1.04-233.33μM浓度范围内,两种传感器上四种SAs的浓度与电流响应之间均存在良好的线性关系,R~2均大于0.9868,比较这两种柔性传感器,IL-c CNTs/SPCE传感器对SAs的灵敏度更高,h-BN/LIPG0传感器对SAs的氧化还原电位更低;测定鱼肉样品中四种SAs的回收率,样品回收率的范围分别在96.4-112.3%和96.2-114.2%之间,达到实际样品检测的要求,且两种方法检测结果无显著性差异。该研究中柔性便携式设备代替了传统电化学化学工作站,低成本、简单易制、无污染的柔性集成三电极代替了传统非集成三电极体系,自制的柔性集成三电极更有望代替商业化的SPCE电极实现现场快速检测。
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