碳纳米管电极在分析中的应用与展望分析研究电子物理学专业.doc

摘要：由于碳纳米具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，用碳纳米管对电极进行修饰可以降低电极反应的过电势，增加峰电流，改善分析性能，提高方法选择性和灵敏度，因此，近年来碳纳米管作为修饰电极材料也已广泛应用于食品化学、生命电分析化学、药物化学、环境监测及其它领域。 食品安全是当今全世界共同关注重大问题，也是各国政府、相关国际组织、学术机构研究热点。食品安全快速检测技术是国家实施环境保护和食品安全计划重要的技术支撑，对于实现社会可持续发展、保障人民健康具有重要意义。然而，传统的环境、食品安全监测方法通常采用离线分析方法，其缺点是分析速度慢、操作复杂且需要昂贵的仪器，不适宜进行现场快速监测和在线分析，因此，研究用于环境和食品中有毒有害污染物的快速、准确、灵敏、方便的检测新方法十分必要，灵敏、快速、安全、经济是当前制约食品安全检测瓶颈，结合现代科技最新成果之一纳米技术及纳米材料，将是食品安全检测发展重要途径。该文综述碳纳米管在食品分析中研究和应用，并对在该领域应用前景进行展望。 关键词：碳纳米管 修饰电极 食品分析 食品安全 Abstract：Carbon nanotubes (CNTs) have led to many new technical developments and applications such as being used for the modified electrodes due to their high chemical stability, high surfaceearea, unique electronic properties, and relatively high mechanical strength. Such properties of carbon nanotubes make them also extremely attractive for the task of electrochemical detection. Food safety is the common attention major problems around the world, is also related to governments, international organizations, academic institutions, research hot spot. Food safety fast detection techniques is the national implementation of environmental protection and food safety plan important technical support, to realize the sustainable development of the society, safeguard the people's health is of great significance. However, the traditional environment, food safety monitoring method usually by offline analysis method, the defect is slow, complex operation analysis and need expensive instruments, not suitable site monitoring and rapid on-line analysis, therefore, the study used in environmental and food poisonous and harmful pollutants in the rapid, accurate, sensitive, and convenient testing new method is necessary, sensitive, fast, safe, economic is the current food safety testing bottleneck restriction, and combined with the modern science and technology is one of the latest achievements in nanotechnology and nano materials, will be food safety testing development important way. This review carbon nanotubes in food analysis of research and application, and in the fields. Key words：CNT；modified electrode；food analysis；food safety 目录 摘要 I Abstract II 第一章 绪论 1 1食品安全问题的危害及检测技术 1 1.1食品污染及其危害 1 1.2食品安全检测技术的发展 2 第二章 碳纳米管修饰电极 3 2.1 碳纳米修饰电极 3 2.1.1 碳纳米前处理 3 2.1.2 碳纳米修饰基底电极方式 3 2.1.3 碳纳米修饰电极的电化学活性 4 2.1.4 碳纳米修饰电极应用 4 ２.2碳纳米修饰电极的应用展望 4 第三章 纳米材料概述及其在环境和食品安全检测中的应用 5 3.1纳米材料概述 5 3.2纳米材料的制备 5 3.2.1物理法 6 3.2.2化学法 6 第四章 碳纳米管修饰电极在食品分析中研究进展 7 4.1 碳纳米管修饰电极测定食物中重金属阳离子 7 4.2 碳纳米管修饰电极测定食物中阴离子及其化合物 7 4.3 碳纳米管修饰电极测定食物中有机物 7 第五章 碳纳米管生物传感器在食品分析中研究进展 8 5.1 对葡萄糖检测 9 5.2 在农药残留检测中应用 9 第六章 本论文研究的目的、对象及实验步骤 10 6.1 研究目的 10 6.2 研究对象 10 6.3实施步骤 10 第七章 实验部分 11 7.1 试剂 11 7.2 仪器 11 7.3 电极的制备 11 7.3.1 GC 电极的预处理 11 7.3.2 碳纳米管修饰电极的制备 11 7.4 实验方法 11 7.4.1 曲酸在裸电极上的电化学行为 11 7.4.2 碳纳米管修饰电极测定曲酸 12 第八章 曲酸的分析测定 12 8.1 曲酸在 GC 电极上的电化学行为 12 8.1.1 曲酸在电极上的电化学行为 12 8.1.3 线性范围、检测下限和相对偏差 15 8.1.4 干扰实验 15 8.2 碳纳米管化学修饰电极测定曲酸 16 8.2.1 曲酸在MWNT修饰电极上的电化学行为 16 8.3 测定条件的优化 17 8.3.1 pH 值优化 17 8.4修饰剂用量对电化学响应的影响 18 8.4.1 线性范围、检测下限和相对偏差 18 8.4.2 干扰实验 19 8.4.3 样品测定 19 结束语 21 致谢 22 参考文献 23 第一章 绪论 日益严重频繁发生的食品安全事件因其对人类生命与健康的巨大威胁而成为全球关注的热点问题。当前，食品问题，是公众最不放心的‘旧常卫生安全问题”。在全世界范围内，无论是发达国家还是发展中国家，都越来越重视对食品的分析、监测以及加强对食品安全的控制，各国政府都制定了强有力的食品安全监察组，我国政府也将食品安全列为可持续发展计划之列，作为构建和谐社会的重要组成部分。食品作为人类赖以生存和发展的物质基础，也使得食品安全检测监控问题倍受世人关注。与食品安全密切相关的食品污染物，主要包括食品添加剂、农药残留、微生物污染等。重视保护食品安全，就必须加强对食品污染物的分析和检测，因此对分析化学提出了更高的要求。 化学修饰电极是当前电化学、电分析化学方面十分活跃的研究领域。化学修饰电极是通过化学修饰的方法在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子和聚合物等固定在电极表面，形成某种微结构，从而赋予电极一些特定的化学和电化学性质，以便高选择性高灵敏度地进行所期望的反应，因此具有其独特的优越性。目前，化学修饰电极已广泛应用于环境与食品安全的检测中。为了进一步发展对食品中污染物检测的新原理、新方法，纳米材料，分子印迹材料与电化学联用技术在电分析化学方面的研究己经成为科研工作者所关注的热点。 本章内容将对食品安全的危害与检测技术的发展、化学修饰电极的制备与应用、纳米技术和分子印迹技术的原理及其应用等领域的研究现状和进展作一综述，并简介了本论文的主要研究内容。 1食品安全问题的危害及检测技术 1.1食品污染及其危害 食品质量是与人们的身体健康密切相关的。食品安全问题作为21世纪的重大课题之一，已经列入联合国发展战略之中。食品的不安全主要是食品受到了各种各样的污染—外来的有毒有害物质在食品生产的各个环节中进入食品，并随食品进入人体，对人体健康造成损害。它主要集中在农业化学控制物质、农药残留、动植物天然毒素、食品添加剂、食源性致病菌和病毒等方面。所检产品包含粮食、蔬菜、畜禽、蛋、肉、奶、饮料等产品的检测项目，需要检测的有毒、有害物质主要如下。 1.有机农药中的残留物:主要是有机磷、有机氯、有机硫、酞胺类、酚类等。 2.兽药中的残留和污染物:抗生素、磺胺类、激素类、氨基甲酸脂等。 3.有毒有害的微量元素:砷、铅、铜、汞、铬等。 4.大肠菌群、沙门氏菌、致病菌、葡萄球菌等 食品污染对人体健康的影响可分为以下: l)急性毒性 污染物随食物进入人体在短时间内造成机体损害，出现临床症状(如急性肠胃炎型)，称为急性中毒。引起急性中毒的污染物有细菌及其毒素、霉菌及其毒素和化学毒物。 2)慢性毒性 食物被某些有害物质污染，其含量虽少，但由于长期持续不断地摄入体内并且在体内蓄积，几年、十几年甚至几十年后引起机体损害，表现出各种各样慢性中毒症状，如慢性铅中毒、慢性汞中毒、慢性福中毒等。无论对儿童还是成年人都会带来潜移默化的影响，在经历了长时间的积累之后，会产生明显的效果。 3)致畸、致癌、致突变 某些食品污染物通过孕妇作用于胚胎，使之在发育期中不能正常进行细胞分化和器官形成，出现畸胎，甚至死胎。引起致畸的物质有滴滴涕(DD劝、五氯酚钠、西维因等农药，黄曲霉毒素Bl也可致畸。化学物质和其他物理因素或生物因素在机体内可引起癌肿生长作用，目前怀疑或具有致癌作用的物质有数百种，其中90%以上是化学因素，如亚硝胺、黄曲霉毒素、多环芳烃，以及砷、福、镍、铅等因素，与饮食有关的占35%。 1.2食品安全检测技术的发展 目前用于我国食品安全检测的标准方法有化学分析法(CA)、气相色谱法(Gc)、高效液相色谱法(HPLc)、原子吸收光谱法(AA)、薄层层析法(TLC)、酶联免疫法 (ELISA)等。下面对上述检验方法的研究进展作简要介绍。 1.2.1气相色谱法(GC) 因其具有分离效率高、分析速度快、样品用量少、检测灵敏度高以及应用范围广等特点，己大大提高了环境和食品样品的测定水平。目前，用作气相色谱的检测器有氢火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、质谱检测器(MSD)等。其中，较为广泛使用的有ECD、FPD及MSD。 1.2.2高效液相色谱法(HPLC) 在食品分析中应用较广泛的是高效液相色谱法担。高效液相色谱法(HPLC)是20世纪60