识别有机小分子的可视化传感阵列构建及检测性能研究

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有机小分子作为常见的工业原料和污染物,严重危害生态环境和生命健康,同时可作为某些疾病的潜在生物标志物或食品的风味物质,与工业生产、环境监测、医疗诊断和食品安全等多个方面息息相关。因此对有机小分子的识别检测有重要的研究意义和实用价值。交叉响应的可视化传感阵列具有操作简单、成本低廉、响应快速、结果可视、便携高效等优点,为多种有机小分子的识别检测提供了一种较理想的方法。基于此,本文构建了特异响应的可视化传感阵列分别用于有机酸类、醛类的识别和定量检测,并且利用纳米材料功能化的染料构建纳米多孔染料可视化传感阵列用于多种有机小分子气体的快速识别。主要研究内容如下:(1)基于指示剂置换反应的可视化传感阵列构建及其对有机酸的识别检测研究利用紫脲酸铵-Ni2+,紫脲酸铵-Cu2+,锌试剂-Zn2+和二甲酚橙-Cu2+的染料-金属离子复合物为敏感单元,构建了一个3×3的可视化传感阵列。通过染料、金属离子、有机酸之间的指示剂置换反应(IDA)实现了14种重要有机酸的快速(5 min)识别,特异性和准确率均大于92%。此外,阵列对丙酮酸表现出优异的定量分析能力,获得了较好的线性范围(101500μΜ)和检出限(3.45μΜ),在人血清和白酒实际样品中的加标回收率在84.8%114.3%之间。实验表明,IDA阵列的抗干扰性和重复性良好。(2)基于银镜反应的纳米金比色传感阵列构建及其对醛类的检测研究基于醛类与土伦试剂的特征性银镜反应,以3种粒径的金纳米颗粒(GNPs)为显色物质,Ag+被还原得到的银单质包覆在GNPs表面,形成“银包金”核壳结构从而改变了GNPs溶液的颜色。我们成功构建了GNPs比色传感阵列实现了对低浓度下十种醛类的准确区分。除异丁醛以外,准确率和特异性均达到90%以上。在甲醛浓度为0.0550000μM的范围内,阵列响应信号与甲醛浓度对数值之间有良好的线性关系(R2=0.9864),最低检测限为0.03μM。同时,GNPs比色传感阵列对醛类表现出较优的选择性和重复性,说明其对醛类有良好的检测性能。(3)纳米多孔染料可视化传感阵列对挥发性有机小分子气体的快速识别研究为了增强可视化传感阵列的识别能力,制备了二氧化硅水凝胶(Sol-gel)、金纳米颗粒(GNPs)、氧化石墨烯(GO)、二硫化钼量子点(MoS2 QDs)四种纳米材料,并采用TEM、FT-IR、XPS等表征技术进行结构表征。进一步利用上述纳米材料对敏感染料进行功能化改性,构建了纳米多孔染料可视化传感阵列,实现了对包括有机酸类、醛酮类、醇类、烃类、芳香族化合物在内的16种挥发性气体的快速(4 min)识别,特异性和准确率均大于91%。在气体检测中,该阵列表现出优越的抗温湿度干扰能力以及良好的批次重复性。结果表明纳米材料功能化是提高阵列检测性能的有效方法之一,有良好的应用前景。
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