比色测定二氯喹啉酸和二硫代氨基甲酸酯农药新方法

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二氯喹啉酸(Quinclorac,QNC)是一种在水稻田中广泛使用的喹啉羧酸类除草剂。二硫代氨基甲酸酯类(Dithiocarbamate,DTCs)农药是一种常用的广谱性杀菌剂。这些农药的大量使用造成了不可忽视的环境污染和食品安全问题,对人体的健康构成威胁。因此,对环境和食品中上述农药残留进行检测是十分必要的。本研究构建了快速可视化检测QNC和DTCs的比色传感器,以期为QNC和DTCs现场检测提供可行性的方法。具体内容包括:(1)本章中,我们建立了一种新颖的循环放大策略,并结合经典的链置换策略,构建高灵敏度检测环境中QNC残留的比色适配体传感器。其中,我们命名为磷酰二胺吗啉代寡核苷酸(Phosphorodiamidate morpholino oligomer,PMO)和核酸外切酶III(Exonuclease III,Exo III)共同辅助释放PMO模拟酶(PMOzyme)催化显色的循环放大策略是基于以下两个与PMO有关的新发现而建立的。(1)PMO,一种DNA类似物,能够赋予其互补DNA抵抗Exo III酶解的能力;(2)含有富鸟嘌呤的PMO可以与高铁氯化血红素(Hemin)结合,形成一种具有辣根过氧化物酶活性的G四倍体PMOzyme。在该循环放大策略中,所设计的PMO1-DNA1双链(P1-D1)和PMO2-DNA2(P2-D2)双链都能够有效的抵抗Exo III酶解。同时,P1-D1能够竞争性地与P2-D2中的D2杂交,得到P1-D1-D2和单链P2。然后,P1-D1-D2中的D2能被Exo III酶解,重新得到P1-D1。所得的P1-D1能触发下一轮的循环反应,并不断释放P2。最后,单链P2通过与Hemin结合形成PMOzyme,用于催化无色的四甲基联苯胺底物(3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine,TMB)生成蓝色TMB+。整个循环过程在极高的Exo III浓度下进行,无需严格控制酶活,背景信号低且恒定。将上述循环放大策略与基于QNC适配体的链置换策略结合,用于可视化检测QNC。所建立的传感器具有背景低、灵敏度高和不需复杂仪器等优点。随QNC浓度增加,传感器中溶液的颜色由无色逐渐变为蓝色。其裸眼检测限为20 ng m L-1,仪器检测限为7.1 ng m L-1。该传感器被成功地用于土壤和水样中QNC检测,加标回收率为92%-98%,相对标准偏差(n=3)<5%。本研究首次将PMO用于适配体传感器的构建,不仅为QNC的可视化检测提供了一种高灵敏度的适配体传感器,也为其它适配体传感器和基于核酸元件的传感器的构建提供了一种高灵敏度和普适性的循环放大策略。(2)本章中,我们建立了一种二硫代羧酸基团调控纳米金锥(Gold nanobipyramids,Au NBPs)生长的方法,并由此构建了一种快速筛查DTCs杀菌剂总量(包括福美锌、代森锌和福美双)的多色比色传感器。首先,通过与还原剂三羧基乙基膦反应,DTCs杀菌剂可以释放出等量的二硫代羧酸基团。接着,二硫代羧基能够在Au NBPs金种表面形成稳定的Au-S键,有效地阻碍了Au(0)在金种上的各向异性的沉积。随着DTCs浓度的增加,8-羟基喹啉辅助生长的Au NBPs由双锥形逐渐向缺少尖端的锥形、水滴形和不规则球形转变。同时,Au NBPs的纵向局域表面等离子体共振峰逐渐蓝移,并伴随着多种颜色变化。在最佳实验条件下,该多色传感器可在15分钟内呈现9种与DTCs总量相关的颜色变化。其裸眼检测限为50n M,紫外可见光谱法检测限为17-18 n M。所构建的传感器成功地应用于苹果和红茶中的DTCs总量的快速筛查,回收率为90%-104%,相对标准偏差(n=5)<5%。所得的检测结果与高效液相色谱-串联质谱法的检测结果一致,说明该传感器具有良好的准确性和可靠性。此外,所构建的传感器具有颜色变化多、分析时间短和灵敏度高等特点,且裸眼检测限低于蔬菜和水果中DTCs的最大残留限量,可用于现场蔬菜水果中DTCs总量的快速筛查。
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