基于Vis-NIR与电化学生物传感器的毒死蜱检测研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bbatdead
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在现代农业生产中,农药在预防病虫害、提高农产品质量与产量、增加农民收入等方面发挥了至关重要的作用。但同时,农药的不规范及过度使用会导致农药在农田环境和生态系统中的积累,这给人类的生命健康和环境安全带来了潜在隐患。有效的农药检测方法可以应对这种潜在的风险,因此,开发一种快速、便捷、准确、廉价的农药检测方法意义重大。气相色谱法、高效液相色谱法、色谱-质谱联用法等传统检测技术虽然能够精准的检测农药,但是这些传统方法通常需要昂贵的仪器设备、专业的操作技能、繁琐的操作步骤和较长的检测时间,这严重限制了这些检测方法的应用范围和领域,使得这些传统的标准检测方法很难应用到现代农业农田环境的快速或在线检测中。近些年,可见-近红外光谱技术和电化学生物传感器检测技术因为快速、便捷、廉价、无损等特点受到国内外学者的广泛关注,在农药残留检测方面表现出潜在的应用价值。本研究主要以一种具有代表性的有机磷农药毒死蜱(Chlorpyrifos,CP)为研究对象,利用可见-近红外光谱快速无损检测技术和灵敏度较高的电化学生物传感器技术,对毒死蜱的快速检测展开相关研究,并在此基础上,对电化学生物传感器的电路设计与仿真做了初步的探索和研究。围绕本研究课题,本文主要包括以下四部分研究内容:(1)基于可见-近红外光谱技术的甘蓝叶片毒死蜱残留液无损检测和定性分析。实验用的甘蓝购买于当地的农贸市场,把清洗干净的150个甘蓝叶片样本平均分成5组,每组30个样本。将各组甘蓝叶片分别浸泡在5种不同浓度配比(1:1000,1:800,1:500,1:200,对照组)的毒死蜱农药溶液中,使甘蓝叶片与毒死蜱农药充分接触,残留有不同浓度的毒死蜱农药。利用可见-近红外光谱仪采集甘蓝叶片可见-近红外光谱反射率数据。对全波段光谱反射率(R)、反射率一阶导数(FD)、反射率二阶导数(SD)分别进行平均分组积分(求和)的预处理,对处理后的光谱数据利用BP神经网络模型进行建模,探索不同的分组数和不同的光谱数据的建模效果,定性检测和分析毒死蜱农药残留浓度。从每组30个样本中随机抽取24个共计120个作为建模集,每组剩下6个共计30个样本作为预测集。实验研究结果表明,当光谱反射率数据平均分组数为25组,采用光谱反射率的一阶导数(FD)进行建模效果最佳,本模型对建模集的识别准确率高达97.50%,预测集识别准确率可以达到96.67%。建模效果良好。这表明基于甘蓝叶片光谱反射率一阶导数的光谱数据,采用光谱数据平均分组积分预处理方法,结合BP神经网络模型,能够有效的定性检测和分析甘蓝叶片表面毒死蜱的残留。(2)基于光谱曲线图形特征分割的预处理算法及其在农药残留和番茄多酚氧化酶检测上的应用研究。可见-近红外光谱数据曲线是近似的平滑曲线,这说明光谱数据被约束在一条近似平滑的曲线之上,光谱数据间存在大量的数据冗余。本研究首次提出基于光谱曲线图形特征分割预处理算法的研究思路,将光谱曲线与坐标轴围成的空间看作光谱图形,将光谱图形平均或非平均分割成若干小的光谱图形,提取光谱图形的面积、周长、面积周长比等特征,利用这些分割后的光谱图形特征数据进行建模,通过建模集和预测集的均方根误差(RMSEC,RMSEP)和识别准确率(PRC,PRP)等评价指标评价建模效果,遍历和探索不同分割数目、不同图形特征和不同建模算法组合中的最优建模效果。结果表明,对于甘蓝叶片的光谱反射率数据,基于光谱曲线图形面积周长比特征的非平均分割算法NASR/MLR-21建模效果最好,建模集和预测集的均方根误差分别为0.198和0.278,建模集和预测集的识别准确率分别为77.50%和70%,建模算法计算机程序运行时间为3.47秒,相比于传统的偏最小二乘法的建模算法建模集和预测集的均方根误差的0.412和0.457,建模集和预测集的识别准确率的65.83%和60%,以及运行时间54秒,NASR/MLR-21建模方法不仅极大的提高了建模效果,而且提高了算法的运行效率,缩短了建模时间。同时,为了进一步验证该光谱预处理算法的普适性,利用该算法对番茄多酚氧化酶(PPO)指标进行了预测,针对番茄的光谱吸光度数据,研究结果表明,基于光谱曲线图形面积周长比特征平均分割算法ASR/MLR-21建模效果最好,建模集(Modeling set)和预测集(Prediction set)的预测均方根误差分别为1.74和1.99,相应的相关系数分别为0.98和0.97。直接应用偏最小二乘法(PLS)建模时,建模集与预测集的均方根误差分别为2.94和3.32,建模集和预测集的相关系数分别为0.92和0.90。可见,ASR/MLR-21算法极大的减小了RMSEC和RMSEP,有效的提高了Rc和Rp,建模算法提高了对番茄多酚氧化酶的识别准确度。(3)基于绑定血红蛋白和金纳米颗粒/二硫化钼纳米片-壳聚糖修饰的丝网印刷电极电化学生物传感器检测毒死蜱的研究。利用金纳米颗粒(Au NPs)和二硫化钼(Mo S2)纳米片-壳聚糖(chitosan)修饰丝网印刷电极(SPE),以提高丝网印刷电极的导电性,增大其比表面积,利用壳聚糖的生物相容性和吸附性将血红蛋白固定到电极表面制作成电化学生物传感器Au NPs/Mo S2-CS/BHb/SPE。因为毒死蜱能够与血红蛋白进行特异性结合,在生物电极表面形成导电性较差的薄膜,这会阻碍电极表面的电子转移通道,进而抑制电极表面氧化还原峰电流,利用这一机制,建立毒死蜱与峰电流抑制比之间的线性关系,可以实现对毒死蜱的定量检测。实验结果表明:该生物传感器对毒死蜱的检测具有良好的线性范围:0.004~28.52μM,检测限(LOD)为5.6 n M。可靠的实验验证了该生物传感器的重复性、再现性、稳定性和抗干扰能力。真实甘蓝叶片和韭菜叶片蔬菜样品毒死蜱农药残留检测效果良好,实际检测回收率为87%~109%。实验研究表明该生物传感器具有灵敏度高、稳定性好、制作简单、成本低等优点。该生物传感器具有潜在的应用价值并且对有机磷农药的电化学检测研究具有重要的参考价值。(4)对提出的电化学生物传感器的方波伏安法电化学测试技术进行了电路设计的初步探索,利用Proteus开发软件设计了基于AT89C51单片机的电化学生物传感器的基本电路,并进行了电路仿真。电化学生物传感器设计与开发的最终目的是要设计一种快速、准确、简单、便携式的测试仪器。本研究中设计的电化学生物传感器Au NPs/Mo S2-CS/BHb/SPE主要使用的方波伏安法(SWV)电化学测试技术,为了将SWV技术应用到便携式微型化的测试仪器中,应用AT89C51微型单片机和数模转换器、放大电路、模数转换器、显示电路等设计实现了SWV测试硬件电路,该电路系统能够发出阶梯型的方波即SWV,并且可以通过按键电路对SWV电化学测试技术的参数进行调整,能够采集电流信号。应用Proteus软件对该电路系统进行了系统仿真,电路系统工作良好,为进一步开发电化学测试微型系统奠定基础。
其他文献
审计整改作为一个审计项目的最终环节,是审计成果最直接的体现,着力打通审计工作“最后一公里”,落实审计整改是实现审计价值的重要途径。文章主要从落实审计整改的角度出发,探讨如何利用审计整改结果来实现审计价值增值,充分发挥审计“治已病,防未病”的职能。
期刊
目前,果醋的生产工艺以纯菌种液态发酵居多,其食醋在风味、口感和营养等方面较固态发酵工艺产品都存在不小差距。因此,改进果醋发酵工艺或研发果醋生产的专用混合菌剂较为迫切,而固态发酵作为提高果醋品质的方式之一并未得到系统性的研究。基于此,本研究以红枣为原料,参照山西老陈醋的固态发酵工艺酿制枣醋,并采用多组学联用技术来明确发酵规律、探究发酵机理,最终锚定酿造过程的核心功能微生物。目的是改进枣醋的酿造方法,
学位
双酚A(Bisphenol A,BPA)是生产聚碳酸酯硬塑料、环氧树脂、铝或钢制饮料和食品罐树脂衬里的工业原料,被广泛应用于塑料生产工业。目前发现BPA不仅广泛存在于水体、空气、尘埃等外界环境中,而且能从罐装食物和饮料的包装中渗入到其中的内容物中。由于BPA是一种内分泌干扰物质,具有类雌激素作用,并能够和机体内多种核内、核外受体结合,影响动物多种发育相关通路,并且BPA可以通过母体摄入,进而影响动
学位
本研究对葡萄牙某些花岗岩质岩石中发育的10个风化剖面中的38种主要元素和微量元素的行为以及矿物学方面的变化,进行了调查研究。 根据用新鲜母岩中的Ti进行了标准化的地球化学资料,计算了元素的活动性。基于元素在风化过程中的地球化学分布,将化学元素分为两类:不活动元素和活动元素,前者包括Zr、Hf、Fe、Th、Al、Nb、Sc和REE,后者包括Ca、Na、P、K、Sr、Ba、Pb、Mg和Si。活动元素主
期刊
骨干亲本对我国的小麦育种和生产发挥了至关重要的作用。但是在育种过程中发挥作用的骨干亲本是根据以后的系谱分析总结的,其如何从众多的种质中衍生来的和其能够培养大量品种的本质是什么,是研究骨干亲本的核心问题。临汾5064作为骨干亲本解决了强筋小麦育种3大问题:(1)品质和粒重负相关。(2)矮秆和早熟相结合。(3)不含5+10亚基但品质优良。本文通过对临汾5064及其衍生后代和构建的两个DH群体进行表型和
学位
欧李果为我国特有的水果,因果实中富含活性钙且易被人体吸收,又被称为“钙果”。果实色泽鲜艳、风味独特、营养丰富,且具有高保健、高抗性的特点,被赞誉为“超级水果”。随着消费者对欧李果内部品质和外观品质的关注度越来越高,为降低检测成本、保障欧李果品质、提高欧李果附加值及产品系列化,探索有效的欧李果品质无损检测方法具有重要意义。本研究以欧李果为研究对象,利用可见/近红外光谱技术、高光谱成像技术及信息融合技
学位
试验研究了福美双诱导的胫骨软骨发育不良(Tibial Dyschondroplasis,TD)肉鸡红细胞潜在的免疫相关基因,TLRs信号通路相关的基因,这些免疫相关基因通过刺激红细胞来调节血液循环和血管形成,并研究了重组谷胱甘肽-S转移酶A3蛋白(rGSTA3)对TD肉鸡的治疗,以及对红细胞免疫相关基因的调控作用,研究为预防TD提供了新的思路。购买120只1日龄肉鸡并饲喂7天。在第7天禁食一夜后,
学位
课题组前期研究发现:氟暴露可导致鱼类生长迟缓、氧化应激以及多器官组织病理学损伤和功能障碍。硒代蛋氨酸(Se-Met)是鱼类吸收硒的主要来源,通常被添加到饲料中以提高机体的免疫力和抗氧化性能。长期以来,Se-Met因其能缓解重金属的毒性效应而闻名,但是否可以缓解氟的毒性作用尚未明确。因此,本研究以斑马鱼为研究对象,探讨Se-Met对氟中毒的缓解作用及其潜在机制。1 Se-Met对氟暴露斑马鱼胚胎发育
学位
关于感染H9N2亚型禽流感病毒和大肠杆菌的鸡红细胞前列腺素和凋亡相关基因表达尚未见有报道。本研究对于评价鸡红细胞免疫具有重要意义。评估前列腺素和凋亡相关基因在感染H9N2和大肠杆菌的鸡红细胞中的表达变化可为禽流感和大肠杆菌引起的疾病提供新的依据和检测靶标。对于体外试验,从购买的SPF鸡中采取4 mL新鲜血样,分别取2:1:1(8 mL:4 mL:4 mL)的淋巴细胞分离液:PBS:血液,2000
学位
<正>国网浙江电力江山市供电公司清漾供电所位于石门镇,负责两镇两乡一个街道共计66个行政村的供电服务工作。作为数智化供电所转型建设的前期试点单位,清漾供电所大力推广使用i国网掌上数智供电所终端,着重突出“业务工单化、工单数字化、数字绩效化”数智化应用,开展“一平台、一终端”功能应用全覆盖,从而提升基层供电服务速度和质量,实现班组减负、融合融通。
期刊