一种用于农药快速检测的凝胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于农药快速检测的凝胶材料及其制备和应用，包括以下步骤：(1)制备PVA小球；(2)将AgNPs组装在PVA小球的表面，作为SERS检测基底；(3)在PVA@Ag小球表面修饰巯基乙胺和巯基丙酸；(4)利用静电作用在PVA@Ag表面选择性吸附正负电荷探针或农药分子；(5)利用便携式拉曼光谱仪检测PVA@Ag表面吸附的带电探针分子或农药，从而实现对水产品中农药残留的定性和定量分析检测。与现有技术相比，本发明专利技术得到的PVA@Ag复合材料具有良好的表面增强拉曼活性，不仅具有分析快速、灵敏度高、样品用量少、应用范围广、操作简便和携带方便等特点，且具有选择性，不需要标记和分离纯化。

Gel material for rapid detection of pesticides and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种用于农药快速检测的凝胶材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及农药检测领域，尤其是涉及一种用于农药快速检测的凝胶材料及其制备方法和应用。
技术介绍
农业产业化的发展使农产品的生产越来越依赖于农药等外源物质。我国农药在农产品的用量居高不下，但一般来讲，只有10％-20％的农药附着在农作物上，而80％流失在土壤、水体和空气中，并在灌水或降水等淋溶作用下污染地下水。水体中农药超标严重时会造成人体致病、发育不正常，甚至间接导致中毒死亡。目前水体中农药残留快速检测方法种类繁多，究其原理来说主要分为两大类：生化测定法和色谱检测法。但是传统的生化测定法和色谱检测法等农残分析技术检测成本高、时间长，这就给食品安全监管部门对农产品产前、产中、产后的监督工作带来了许多不便，因此亟待建立针对水体中大量农药残留的现场快速检测技术。表面增强拉曼散射(SERS)是一种高度灵敏和无创的原位分析技术，可以快速提供分析物的内在指纹信息，当一些分子被吸附到某些粗糙金属(Au、Ag、Cu等)表面时，它们的拉曼散射强度会增加104～106倍。纳米粒子(NPs)如银和金纳米粒子(AgNPs和AuNPs)已被用作传统的SERS基底，紧密堆积的金属纳米晶体之间由于局域表面等离子体共振(LSPR)的贡献而产生的许多“热连接”，使SERS基底活性增强。但是NPs在复杂样品中的分散性差，导致重复性差，限制了它们的广泛适用性。但是，NPs的适度聚集是SERS应用研究的必要基础。若直接采用化学法制备NPs核-PVA壳复合材料，一方面不能将大量的AuNPs负载到PVA凝胶中获得优良的SERS效应，另一方面由于凝胶包裹影响分析物与AuNPs有效接触，从而降低其SERS信号检测。如果可以将NPs固定到PVA水凝胶的表面，不仅可实现NPs的均匀负载和形貌控制，得到具有良好重现性和稳定性的SERS基底材料，还可以增强NPs与分析物的相互作用获得更高的SERS灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于农药快速检测的凝胶材料及其制备方法和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法，具体包括以下步骤：A.制备PVA凝胶微球：(1)将PVA和海藻酸钠混合均匀，超声去除气泡，作为水相；(2)将N,N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯混合，作为油相溶液；(3)利用微通道装置，将水相加入注射泵，将油相溶液加入蠕动泵，分别将水相和油相泵入十字形反应器中，经固化后得到PVA凝胶微球；B.原位自组装法制备AgNPs负载PVA凝胶微球，作为SERS检测基底用于分析检测：(4)将硝酸银溶液加入到步骤(3)制备好的PVA凝胶微球中，剧烈搅拌使得Ag+在PVA凝胶微球表面上均匀扩散，然后加入NaBH4以促进AgNPs(银纳米粒子)的成核，制备得到PVA凝胶微球/Ag种子溶液；(5)将CTAB、甘氨酸和硝酸银溶液混合，加入到步骤(4)制备的PVA凝胶微球/Ag种子溶液中；(6)将甲氧基巯基聚乙二醇加入步骤(5)的溶液中，搅拌后离心以除去过量的甲氧基巯基聚乙二醇，在水中再分散，得到组装了银纳米粒子的PVA小球(PVA@Ag)。优选的，步骤(1)中：PVA和海藻酸钠的添加量之比为0.5g:500μL。若PVA添加量多，会导致凝胶微球粘度过大；若PVA添加量少，会导致凝胶微球无法成形。优选的，步骤(2)中：N,N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯的体积比为0.5:200。N,N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯的体积比用于调整凝胶凝胶微球在油相中的状态，密度太小凝胶微球会漂浮，密度太大凝胶微球会沉底，两者容易导致凝胶微球团聚而不利于凝胶微球的固化。优选的，步骤(3)中微通道装置的设置为：水相流速为0.02mL/min，初始油相流速为0.2mL/min，然后根据凝胶微球滴出形状慢慢调节流速到10mL/min。水相流速调节可以使凝胶微球流出的大小均匀且不会粘连。优选的，步骤(3)中：固化的温度为50℃，固化时间1h。若温度过高会导致油相挥发过快，而温度太低、固化时间短则凝胶微球不易成形。优选的，步骤(4)中：硝酸银溶液的浓度为0.5M，NaBH4的浓度为5mM，硝酸银溶液和NaBH4的体积比为1:1。有利于促进AgNPs的成核，若硝酸银溶液浓度过低会导致AgNPs浓度不够，而过高则容易诱导团聚。优选的，步骤(5)中：CTAB的浓度为0.1M，甘氨酸浓度为0.1mM，硝酸银的浓度0.5mM，CTAB、甘氨酸和硝酸银的添加量为2.0mL:1.5mL:500μL。有利于保证形成的AgNPs的稳定。优选的，步骤(6)中：甲氧基巯基聚乙二醇的浓度为60mM。一种用于农药快速检测的凝胶材料，采用上述一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法制备得到的。一种用于农药快速检测的凝胶材料在水产品中带正电荷和负电荷农药的分析检测中的应用，具体步骤如下：(1)在组装了银纳米粒子的PVA小球表面分别修饰带正电的巯基乙胺和带负电的巯基丙酸：将组装了银纳米粒子的PVA小球分为两部分分别浸泡入巯基乙胺和巯基丙酸溶液中，然后离心以除去过量的甲氧基巯基聚乙二醇，并在水中再分散后，分别得到巯基乙胺修饰的PVA小球和巯基丙酸修饰的PVA小球；(2)利用静电作用在负电荷和正电荷的组装了银纳米粒子的PVA小球表面选择性吸附带正电荷和负电荷的探针分子和农药分子：将巯基乙胺修饰的PVA小球浸泡入负电探针分子苯甲酸溶液中和带负电荷的农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸和3,5-二氯苯酚溶液中；将巯基丙酸修饰的PVA小球浸泡入正电探针分子2-氨基吡啶溶液中和带正电荷的农药杀螟丹和2-氨基乙基膦酸溶液中；(3)取出步骤(2)中的PVA小球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，获得样品的SERS图谱，与分析物各自的固体的图谱对照，从而实现定性定量检测。优选的，步骤(1)中：巯基乙胺的浓度为0.1mM，巯基丙酸的浓度为0.1mM。优选的，步骤(2)中：拉曼光谱仪的激发波长为785nm，积分时间为10s。本专利技术在AgNPs组装的PVA水凝胶小球(PVA@Ag)表面分别修饰带正电或负电的巯基乙胺和巯基丙酸，然后利用静电作用，在带电PVA@Ag表面选择性吸附正电性杀螟丹和2-氨基乙基膦酸，负电性4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸和3,5-二氯苯酚，从而实现对水体中这些带电农药残留的现场快速检测。该技术同时具有分析速度快、检测灵敏度高和选择性好等特点，有望进一步应用于环境和食品分析检测领域。本专利技术在制备PVA凝胶微球时，采用PVA和海藻酸钠作为水相，N,N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯作为油相，反应速率快，球形规整，制备效率高。由于PVA的羟基与海藻酸钠的羧基结合，增强凝胶的交联度，从而使得凝胶的球形和产率获得提升。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术采用微流控技术制备凝胶微球，具有操作简便、成本低廉、效率高、环境污染小、适合大批量生产等特点；2、采用微流控技术和自组装法联用制备PVA@Ag凝胶微球，该复合材料不仅均匀稳定且形貌结构可控，还可将带不同电荷的农药选择性吸附到该SERS基底材料表面，从而提高农药残留的检测选择性和灵敏度，检测限为5×10-9M；3、结合便携式拉曼光谱仪，利用均匀可控PVA@本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：A.制备PVA凝胶微球：(1)将PVA和海藻酸钠混合均匀，超声去除气泡，作为水相；(2)将N,N‑二甲基甲酰胺和乙酸乙酯混合，作为油相溶液；(3)利用微通道装置，将水相加入注射泵，将油相溶液加入蠕动泵，分别将水相和油相泵入十字形反应器中，经固化后得到PVA凝胶微球；B.原位自组装法制备AgNPs负载PVA凝胶微球：(4)将硝酸银溶液加入到步骤(3)制备好的PVA凝胶微球中，搅拌，然后加入NaBH4，制备得到PVA凝胶微球/Ag种子溶液；(5)将CTAB、甘氨酸和硝酸银溶液混合，加入到步骤(4)制备的PVA凝胶微球/Ag种子溶液中；(6)将甲氧基巯基聚乙二醇加入步骤(5)的溶液中，搅拌后离心、分散，得到组装了银纳米粒子的PVA小球。

【技术特征摘要】
1.一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：A.制备PVA凝胶微球：(1)将PVA和海藻酸钠混合均匀，超声去除气泡，作为水相；(2)将N,N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯混合，作为油相溶液；(3)利用微通道装置，将水相加入注射泵，将油相溶液加入蠕动泵，分别将水相和油相泵入十字形反应器中，经固化后得到PVA凝胶微球；B.原位自组装法制备AgNPs负载PVA凝胶微球：(4)将硝酸银溶液加入到步骤(3)制备好的PVA凝胶微球中，搅拌，然后加入NaBH4，制备得到PVA凝胶微球/Ag种子溶液；(5)将CTAB、甘氨酸和硝酸银溶液混合，加入到步骤(4)制备的PVA凝胶微球/Ag种子溶液中；(6)将甲氧基巯基聚乙二醇加入步骤(5)的溶液中，搅拌后离心、分散，得到组装了银纳米粒子的PVA小球。2.根据权利要求1所述的一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：PVA和海藻酸钠的添加量之比为0.5g:500μL。3.根据权利要求1所述的一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：N,N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯的体积比为0.5:200。4.根据权利要求1所述的一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中微通道装置的设置为：水相流速为0.02mL/min，初始油相流速为0.2mL/min，然后调节到10mL/min。5.根据权利要求1所述的一种用于农药快速检测的凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中：硝酸银溶液的浓度为0.5M，NaBH4的浓度为5mM，硝酸银溶液和NaBH4的体积比为1:1。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹，张钦梅，邓维，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31