【摘 要】
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天然酶广泛存在于生物体中,能够高效、特异地催化各种生理生化反应,与食品检测、食品分析、食品组分等方面相关。例如酶的传感器可以用于食品中重金属离子、添加剂和农药残留等食品污染物的检测,具有灵敏度高、耗时短、特异性好等优点。但是天然酶易变性、含量少、价格昂贵等特点限制其在食品领域中的广泛应用。纳米酶具有成本低、易储存、稳定性好、制备简单、表面结构可以灵活改变、催化活性好等优点,有效弥补了天然酶的不足,
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天然酶广泛存在于生物体中,能够高效、特异地催化各种生理生化反应,与食品检测、食品分析、食品组分等方面相关。例如酶的传感器可以用于食品中重金属离子、添加剂和农药残留等食品污染物的检测,具有灵敏度高、耗时短、特异性好等优点。但是天然酶易变性、含量少、价格昂贵等特点限制其在食品领域中的广泛应用。纳米酶具有成本低、易储存、稳定性好、制备简单、表面结构可以灵活改变、催化活性好等优点,有效弥补了天然酶的不足,在食品检测中有很好的发展前景。金纳米粒子(AuNPs)是金属纳米颗粒中应用最广泛的纳米材料,与块状金材料不同其具有量子限制效应和极大的比表面积。AuNPs在催化、生物和检测等领域的应用受到极大的关注。然而,金是一种稀有的贵金属并且AuNPs通常会有严重的聚集现象,从而限制AuNPs在食品检测领域中的应用。本论文旨在通过以超薄石墨相氮化碳(g-C3N4)纳米片作为载体来分散和稳定金纳米粒子,合成新型g-C3N4@AuNPs模拟酶。其具有良好的稳定性、分散性和特异的过氧化物酶催化活性。基于Hg2+对g-C3N4@AuNPs过氧化物酶活性的增强作用,构建出一种Hg2+比色检测传感器,有效拓宽了纳米材料在食品检测领域中的应用。主要内容如下:1、利用超声波辅助还原法成功合成出一种g-C3N4@AuNPs模拟酶。通过紫外-可见分光光度计(UV-Vis spectrophotometer,UV-Vis)、荧光分光光度计(Fluorescence spectrophotometer,FL)、X 射线电子能谱(X-ray electron spectroscopy,XPS)和傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)进行表征,证明 了成功合成出g-C3N4@AuNPs模拟酶。同时,使用透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)表征加汞前后 g-C3N4@AuNPs 的形貌和大小,得出AuNPs在g-C3N4表面平均粒径为2.55±0.06 nm,复合纳米材料平均粒径为4.84±0.30 nm。2、通过研究g-C3N4@AuNPs模拟酶性质,可以得出g-C3N4@AuNPs具备过氧化物模拟酶活性。在过氧化氢(H2O2)存在下能够催化氧化底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)显色,生成的反应产物在652 nm处有特征吸收峰。通过一系列的优化,比色检测Hg2+的最佳条件分别为:pH值为7.5、g-C3N4@AuNPs反应用量为4μL(稀释3倍)、反应时间为2 min、TMB浓度为0.8 mM、H2O2浓度为0.5 M、反应温度为25℃。试验结果得知g-C3N4@AuNPs模拟酶的催化动力学过程符合米氏方程,其对底物TMB展现出与HRP具有相似的亲和力。并且随着Hg2+浓度的增大底物TMB和H2O2的Km值逐渐减小、Vm值逐渐增大,表明Hg2+能够增强g-C3N4@AuNPs模拟酶对底物的亲和力。3、研究表明,Hg2+可以提高g-C3N4@AuNPs的过氧化物酶活性。基于此,构建了一种基于g-C3N4@AuNPs模拟酶的Hg2+比色检测新方法。该方法的线性范围为5.0-500nM,检测限为3.0nM。同时,由试验结果可知该纳米材料具有高特异性,并且在常温避光下可以稳定储存两个月。将该方法应用在水样和果汁中Hg2+的检测,加标回收率为92.6-109.3%,相对标准偏差为0.7-7.7%。表明该方法可以用于实际样中Hg2+的检测。该方法具有操作简单、耗时短、信号可视化、高特异性等优点,可以作为一种新方法用于快速检测食品中Hg2+。
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