论文部分内容阅读
针对目前乳品行业存在的安全与品质问题及现有检测技术无法满足快速检测的要求，本文以乳品中有毒有害物质重金属离子（铅离子和镉离子）和营养成分矿物质元素（钙离子和钾离子）为研究对象，利用石墨烯纳米材料构建新型可抛弃电化学传感器件（伏安型和电位型）并结合电化学分析方法（阳极溶出伏安法和电位分析法），开展乳品安全和品质快速检测方法的研究。 主要研究内容、结果和结论如下: (1)基于石墨烯的可抛弃伏安型传感器件用于乳品中重金属离子的快速检测 构建了一种新型的可抛弃伏安型传感器件，并结合阳极溶出伏安法用于乳品中重金属离子的快速检测。三电极体系的可抛弃传感器件采用丝网印刷工艺来印制。为了获得简化制备步骤和提高灵敏度，采用一步法直接电沉积石墨烯膜在可抛弃传感器件的工作电极表面，同时结合铋膜，实现对铅离子和镉离子的高灵敏检测。在最优条件下，该新型传感器件的分析性能如下:检测镉离子的线性范围为1.0～60.0μg L-1，线性回归方程为I(μA)=-0.023+0.251C(μg L-1)，线性相关系数为0.9876，灵敏度为0.25±0.02μA(μgL-1)-1，检测下限为0.5μg L-1（信噪比为3）;检测铅离子的线性范围为1.0～60.0μg L-1，线性回归方程为I（μA）=-0.018+0.212C(μg L-1)，线性相关系数为0.9892，灵敏度为0.21±0.01μA(μgL-1)-1，检测下限为0.8μg L-1（信噪比为3）。全脂奶粉和婴幼儿奶粉中铅离子与镉离子的检测:利用方波阳极溶出伏安法中铅离子和镉离子的溶出峰电位对乳品样品进行定性分析，单个乳品样品的定性分析时间约为5 min;定量检测采用标准加入法，单个乳品样品的定量检测时间约为30 min，分析结果与国标方法(GB5009.12-2010和GB/T5009.15-2003)相一致。 (2)基于石墨烯的可抛弃电位型传感器件用于乳品中矿物质元素的快速检测 构建了一种新型的可抛弃电位型传感器件，并结合电位分析法用于乳品中矿物质元素的快速检测。两电极体系的可抛弃传感器件采用丝网印刷工艺来印制。为了获得简化制备步骤和提高灵敏度，采用一步法直接电沉积石墨烯膜在可抛弃传感器件的工作电极表面，同时结合钙离子选择性膜，实现对钙离子的高灵敏和高选择性检测。该新型传感器件的分析性能如下:整个线性范围内响应时间（t95％）小于10s，线性响应范围为10-5.8～10-1.8 mol L-1（线性相关系数为0.9992），响应斜率为29.1 mV decade-1（±0.3 mV decade-1），检测下限为10-5.9 mol L-1;对五种金属离子(Mg2+、K+、Na+、Li+、NH4+)的选择性系数分别为-4.5，-2.4，-2.8，-2.3，-3.4。同时，研究结果还显示该新型传感器件具有稳定的响应特性，对光照、溶解氧等无敏感性。在检测灭菌乳和高钙奶中钙离子时，采用了一点标定法来实现对乳品中钙离子的定量检测，同时与国标方法(GB5413.21-2010)相比，误差均在5.0％以内。 (3)基于石墨烯纸的电位型传感器件用于乳品中矿物质元素的快速检测 构建了一种新型的电位型纸传感器件，并结合电位分析法用于乳品中钾离子和钙离子的快速检测。石墨烯纸采用真空抽滤法制备，通过裁剪将其制备成电化学电极，并用塑料模具和绝缘材料将其封装成小型的电化学传感器件，最后在传感器件的界面处浸涂一层离子选择性膜（钾离子或钙离子），得到钙离子选择性电极或钾离子选择性电极。同时，为了方便测试，还研发了基于石墨烯纸的参比电极，并与之前的离子选择性电极一起组装成完整的电位型传感器件，即钙离子电位型传感器件和钾离子电位型传感器件。钙离子电位型传感器件的性能如下:整个线性范围内响应时间(t95％)小于38s，线性响应范围为10-5.6～10-1.6 mol L-1，响应斜率为29.0 mV decade-1（±0.4 mV decade-1），检测下限为10-5.9 mol L-1。钾离子电位型传感器件的性能如下:整个线性范围内响应时间(t95％)小于35s，线性响应范围为10-5.8～10-10 mol L-1，响应斜率为59.0 mV decade-1(±0.8 mVdecade-1)，检测下限为10-6.0 mol L-1。选择性测试结果表明这两种电位型传感器件具有良好的选择性。在检测灭菌乳和高钙奶中钙离子时，采用了标准加入法来实现对乳品中钙离子和钾离子的定量检测，同时与国标方法(GB5413.21-2010)相比，误差均在7.0％以内。