基于表面增强拉曼及光催化联用的水中农药残留纸微流检测技术研究

With the increasing environmental pollution problems, the development of fast, accurate and low-cost methods for the detection of pollutants has been an important direction for the detection technology. Paper-based Microfluidics and Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) are two promising technologies to meet this requirement. This project intends to take the typical pesticide pollutants as the detection object, which combined paper-based microfluidic technology and SERS technology to achieve effective separation of distractors and targets in the complex matrix. The project also plan to combine with photocatalytic technology to eliminate the distractors or indirectly enhance the reaction of targets in the process of SERS detection to achieve high sensitivity and repeatability. By designing different detection routes, the mechanism of the catalytic process and the Raman enhancement relevance on the catalytic material are studied, and through the above mechanism characteristics, the detection of the target in complex matrix are completed. This project is based on the demands of society, which has the characteristics of simple-preparation, quick and high sensitivity. As a platform, this technology can be applied to the rapid detection and monitoring of pollutants in the fields of medicine, food and environment, and play an important role in promoting the development of portable, rapid and low-cost detection methods.

随着环境污染问题的日益严峻，开发能用于现场的快速、准确及低成本的污染物检测方法一直是检测技术发展的重要方向。纸微流技术和表面增强拉曼光谱技术就是满足这一要求的有潜在应用前景的技术。本项目拟以水中典型的农药污染物为检测对象，结合纸微流技术和表面增强拉曼技术的优势，通过纸微流芯片的设计实现复杂基质干扰物与目标物的有效分离。并联合光催化技术实现拉曼增强检测过程中干扰物的消除或目标物检测灵敏度响应的间接增强，从而实现高灵敏度及重复性检测。通过不同检测过程，对催化材料和基底增强材料的研究明确光催化过程和拉曼增强效应在机理上的关联性，对这一特性规律进行研究实现复杂基质中受干扰目标物的检测。项目以社会热点需求为出发点，采用的研究方案具有材料制备简单、方法快捷、灵敏度高等特点。以此技术为平台，可推广到医药、食品及环境等领域的污染物快速检测和监控，并对现场便携、快速、低成本的检测技术开发有着重要的推动作用。

农药为现代农业发展和人类粮食供给做出了巨大的贡献，然而随着农药大量的使用，农药残留及污染问题日益严重，现有常规实验室仪器检测手段已不能满足日益增长的低成本、快捷、准确的现场检测需求。检测新模式及新方法开发对农残有效控制具有重要意义。. 本项目将纸微流分离、拉曼光谱检测及光催化技术结合，开展了纸基拉曼检测基底用于水中农残检测的研究。项目构筑的亲水性分离通道实现了不同类农药的有效分离，并以负载的Ag和ZnO纳米粒子实现了目标物的同步分离及循环检测。通过对纸基通道的流通动力学及pH值、温度、进样体积、浓度、通道宽度等因素对通道内目标物扩散的影响研究，揭示了纸基分离通道对农药目标物的分离机制，明确了影响目标物在纸基通道上分离效率的最佳条件。系统性评估了滤纸SERS检测基底对毒死蜱、溴氰菊酯、阿特拉津、乐果和秋兰姆五种不同类型的农药目标物的检测性能，确定了检测基底对不同目标样品检测信号强度与浓度之间的线性关系及线性范围、检出限。在光催化材料方面，开展了新型Bi系可见光光催化剂的研究，揭示了成核生长机理对材料光催化性的影响，通过优化条件获得了高循环稳定性的可见光催化材料。此外项目还以滤纸和碳布等柔性材料为基底，通过负载AuNPs进行功能化，成功实现了水中痕量汞的富集检测。. 项目取得以下成果：制备了具有良好分离和检测能力的循环检测基底，并用于水中农药目标物的同步分离与快速检测；明确了纸基分离通道对农药目标物的分离效果的影响因素；建立了纸基拉曼检测基底的水中农药残留快速检测方法，实现对三种农药的定性及定量分析；建立水中汞的纸基富集检测方法；发表SCI论文4篇，核心论文1篇。项目将光催化技术与SERS检测技术相结合，解决了基底多次检测过程中目标物残留的问题，这种联用模式可为新检测方法的开发提供借鉴。未来在环境突发污染、食品药品、工业危险品等现场快速检测场合有巨大的应用潜力。