CN110208242B - 一种用于农药快速检测的凝胶材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种用于农药快速检测的凝胶材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及农药检测领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明在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。

本发明在制备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，本发明具有以下有益效果：

1、本发明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@Ag凝胶微球现场检测农药分子，该法具有操作简便、应用范围广泛、快速高效和便于携带等特点，而且样品用量少，满足了痕量检测的需求。

附图说明

图1是本发明实施例的检测方法的流程图；

图2是本发明采用的微通道装置的示意图。

图3是本发明实施例中带正电的探针分子2-氨基吡啶的定性SERS图谱；

图4是本发明实施例中静电作用吸附不同浓度正电荷探针分子2-氨基吡啶的SERS图谱；

图5是本发明实施例中2-氨基吡啶的标准品浓度与特征峰强度(1319.0±2cm^-1)线性关系示意图；

图6是本发明实施例中带负电的探针分子苯甲酸的定性SERS图谱；

图7是本发明实施例中静电作用吸附不同浓度负电荷探针分子苯甲酸的SERS图谱；

图8是本发明实施例中苯甲酸的标准品浓度与特征峰强度(1388.0±2cm^-1)线性关系示意图；

图9是本发明实施例中静电作用吸附不同浓度正电荷农药杀螟丹的SERS图谱；

图10是本发明实施例中静电作用吸附不同浓度正电荷农药2-氨基乙基膦酸的SERS图谱；

图11是本发明实施例中静电作用吸附不同浓度负电荷农药3,5-二氯苯酚的SERS图谱；

图12是本发明实施例中静电作用吸附不同浓度负电荷农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸的SERS图谱；

图13是本发明实施例中杀螟丹标准品浓度与特征峰强度(797.2±2cm^-1)线性关系示意图；

图14是本发明实施例中2-氨基乙基膦酸的标准品浓度与特征峰强度(945.8±2cm^-1)线性关系示意图；

图15是本发明实施例中3,5-二氯苯酚的标准品浓度与特征峰强度(836.9±2cm^-1)线性关系示意图；

图16是本发明实施例中4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸标准品浓度与特征峰强度(1395.4±2cm^-1)线性关系示意图；

图17是本发明实施例中没有组装AgNPs的PVA凝胶微球的扫描电镜图；

图18是本发明实施例中组装较多AgNPs的PVA凝胶微球扫描电镜图；

图19是本发明实施例中组装适中AgNPs的PVA凝胶微球扫描电镜图；

图20是本发明实施例中组装较少AgNPs的PVA凝胶微球扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

静电吸附-SERS技术检测带正电的探针分子2-氨基吡啶，带负电的探针分子苯甲酸，检测流程图如图1所示：

A.微通道装置制备PVA凝胶微球：

(1)PVA 0.5g，海藻酸钠500μL加入离心管混合均匀，超声30min去除气泡作为水相；

(2)0.5mL N,N-二甲基甲酰胺和200mL乙酸乙酯混合作为油相溶液；

(3)利用微通道装置(图2)，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，利用剪切力的作用形成微球，经进一步固化后得到PVA凝胶微球：注射泵中水相流速：0.02mL/min，蠕动泵中油相流速：开始设定0.2mL/min，后面根据凝胶微球滴出形状慢慢调节流速到10mL/min，并在50℃下固化1小时。

B.原位自组装法制备AgNPs负载PVA凝胶微球：

(1)AgNO₃(200μL，0.5M)加入到上述制备好的PVA凝胶微球中，并将所得溶液在25℃剧烈搅拌30min，使得Ag⁺在小球表面上均匀扩散，加入NaBH₄(200μL，5mM)以促进AgNPs的成核，形成涂覆在小球表面的Ag种子；

(2)AgNPs在小球表面上的原位生长：将由CTAB(2.0mL，0.1M)，甘氨酸(1.5mL，0.1mM，pH＝9.0)和AgNO₃(500μL，0.5mM)组成的混合物添加到先前制备的PVA凝胶小球/Ag种子溶液中，混合反应；

(3)最后，甲氧基巯基聚乙二醇(500μL，60mM)加入到步骤2中的溶液中，在剧烈磁力搅拌下，将混合物在27℃下保持30分钟，然后离心(8,000rpm，10分钟)以除去过量的甲氧基巯基聚乙二醇，并在水中再分散。

C.在组装了银纳米粒子(AgNPs)的PVA小球(PVA@Ag)表面分别修饰带正电的巯基乙胺和带负电的巯基丙酸：将上述制备好的AgNPs小球分为两部分分别浸泡入巯基乙胺(0.1mM)和巯基丙酸(0.1mM)溶液中1h。然后离心(8,000rpm，10分钟)以除去过量的甲氧基巯基聚乙二醇，并在水中再分散。

D.静电作用-SERS技术检测带正电的探针分子2-氨基吡啶：

将巯基丙酸修饰PVA@Ag浸入5×10^-4M的正电探针分子2-氨基吡啶溶液中1小时，由于静电作用，2-氨基吡啶会被吸附到含巯基丙酸的小球表面。

对上述静电吸附正电探针分子2-氨基吡啶的PVA@Ag微球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，获得样品的SERS图谱，与2-氨基吡啶固体的拉曼图谱对照，从而实现2-氨基吡啶的检测，如图3所示，静电吸附后2-氨基吡啶的信号明显增强。

配制不同浓度的2-氨基吡啶标准溶液，采用静电作用-SERS检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰1272.0±2cm^-1、1319.0±2cm^-1作为判定2-氨基吡啶的特征峰。随着待测溶液中2-氨基吡啶的浓度逐渐加大(1.0×10^-7M(mol/L)～1.0×10^-3M(mol/L))，拉曼光谱图中1272.0±2cm^-1、1319.0±2cm^-1两处的特征峰强度随之逐渐增大(如图4所示)，选择以1272.0±2cm^-1对应峰强度结合线性曲线(图5)可对2-氨基吡啶的含量进行计算。

E.静电作用-SERS技术检测带负电的探针分子苯甲酸：

将巯基乙胺修饰PVA@Ag浸入5×10^-4M的负电探针分子苯甲酸溶液中1小时，由于静电作用，苯甲酸会被吸附到含巯基丙酸的小球表面。

对上述静电吸附负电探针分子苯甲酸的PVA@Ag微球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，获得样品的SERS图谱，与苯甲酸固体的拉曼图谱对照，从而实现苯甲酸的检测。如图6所示，静电吸附后苯甲酸的信号明显增强。

配制不同浓度的苯甲酸标准溶液，采用静电作用-SERS检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰950.0±2cm^-1、1388.0±2cm^-1作为判定苯甲酸的特征峰。随着待测溶液中苯甲酸的浓度逐渐加大(1.0×10^-7M(mol/L)～1.0×10^-3M(mol/L))，拉曼光谱图中950.0±2cm^-1、1388.0±2cm^-1两处的特征峰强度随之逐渐增大(图7)，选择以1388.0±2cm^-1对应峰强度结合线性曲线(图8)可对苯甲酸含量进行计算。

F.静电作用-SERS技术检测带正电的农药杀螟丹：

将巯基丙酸修饰PVA@Ag浸入5×10^-4M的带正电的农药杀螟丹中1小时，由于静电作用杀螟丹会被吸附到含巯基丙酸的小球表面。

对上述静电吸附正电的农药杀螟丹的PVA@Ag微球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，获得样品的SERS图谱，与杀螟丹固体的拉曼图谱对照，从而实现杀螟丹的检测，静电吸附后杀螟丹的信号明显增强。

配制不同浓度的杀螟丹标准溶液，采用静电作用-SERS检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰797.2±2cm^-1、1391.7±2cm^-1作为判定2-氨基吡啶的特征峰。随着待测溶液中2-氨基吡啶的浓度逐渐加大(1.0×10^-7M(mol/L)～1.0×10^-3M(mol/L))，拉曼光谱图中797.2±2cm^-1、1391.7±2cm^-1两处的特征峰强度随之逐渐增大(如图9所示)。

G.静电作用-SERS技术检测带正电的农药2-氨基乙基膦酸：

将巯基丙酸修饰PVA@Ag浸入5×10^-4M的带正电的农药2-氨基乙基膦酸中1小时，由于静电作用2-氨基乙基膦酸会被吸附到含巯基丙酸的小球表面。

对上述静电吸附正电的农药2-氨基乙基膦酸的PVA@Ag微球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，获得样品的SERS图谱，与2-氨基乙基膦酸固体的拉曼图谱对照，从而实现2-氨基乙基膦酸的检测，静电吸附后2-氨基乙基膦酸的信号明显增强。

配制不同浓度的2-氨基乙基膦酸标准溶液，采用静电作用-SERS检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰945.8±2cm^-1、1024.4±2cm^-1作为判定2-氨基吡啶的特征峰。随着待测溶液中2-氨基吡啶的浓度逐渐加大(1.0×10^-7M(mol/L)～1.0×10^-3M(mol/L))，拉曼光谱图中945.8±2cm^-1、1024.4±2cm^-1两处的特征峰强度随之逐渐增大(如图10所示)。

H.静电作用-SERS技术检测带负电的农药3,5-二氯苯酚：

将巯基乙胺修饰PVA@Ag浸入5×10^-4M的负电农药3,5-二氯苯酚溶液中1小时，由于静电作用，3,5-二氯苯酚会被吸附到含巯基丙酸的小球表面。

对上述静电吸附负电探针分子3,5-二氯苯酚的PVA@Ag微球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，获得样品的SERS图谱，与3,5-二氯苯酚固体的拉曼图谱对照，从而实现3,5-二氯苯酚的检测。静电吸附后3,5-二氯苯酚的信号明显增强。

配制不同浓度的3,5-二氯苯酚标准溶液，采用静电作用-SERS检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰836.9±2cm^-1、1022.4±2cm^-1作为判定3,5-二氯苯酚的特征峰。随着待测溶液中3,5-二氯苯酚的浓度逐渐加大(1.0×10^-7M(mol/L)～1.0×10^-3M(mol/L))，拉曼光谱图中836.9±2cm^-1、1022.4±2cm^-1两处的特征峰强度随之逐渐增大(图11)。

I.静电作用-SERS技术检测带负电的农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸：

将巯基乙胺修饰PVA@Ag浸入5×10^-4M的负电农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸溶液中1小时，由于静电作用，4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸会被吸附到含巯基丙酸的小球表面。

对上述静电吸附负电探针分子4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸的PVA@Ag微球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，获得样品的SERS图谱，与4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸固体的拉曼图谱对照，从而实现4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸的检测。静电吸附后4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸的信号明显增强。

配制不同浓度的4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸标准溶液，采用静电作用-SERS检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰543.1±2cm^-1、1395.4±2cm^-1作为判定4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸的特征峰。随着待测溶液中4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸的浓度逐渐加大(1.0×10^-7M(mol/L)～1.0×10^-3M(mol/L))，拉曼光谱图中543.1±2cm^-1、1395.4±2cm^-1两处的特征峰强度随之逐渐增大(图12)。

实施例2

检测鱼肉中的带正电的农药杀螟丹和2-氨基乙基膦酸，带负电的农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸和3,5-二氯苯酚：

图1示意性地给出了本发明实施例的水产品中带正电的农药杀螟丹和2-氨基乙基膦酸，带负电的农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸和3,5-二氯苯酚的流程图，所述检测方法包括以下步骤：

(1)鱼肉样品的预处理

鱼肉中带正电的农药杀螟丹和2-氨基乙基膦酸，带负电的农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸和3,5-二氯苯酚及其代谢物的提取和净化参考并优化了Hurtaud-Pessel和Verdo的方法。具体步骤如下：称取2.00±0.02g鱼肉于50mL离心管中，加入500μL 9.5g/L的盐酸羟胺溶液避光放置10min，然后涡旋振荡使肉分散均匀。加入10mL乙腈和1.0±0.1g无水硫酸镁后大力涡旋1min，再加入4.0±0.1g中性氧化铝后放入摇床中在250rpm条件下振荡10min。之后样品3220rpm离心5min，用移液枪移取上层清液至15mL离心管中。将收集到的提取液在50℃的水浴下用氮气流吹干，然后用1.0mL 0.003mol/L的2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌溶液(溶剂为乙腈)溶解残留物，轻微振荡10min后，转移到装有0.5g中性氧化铝的1.5mL离心管中，涡旋混合30～60s(视不同鱼而定，使颜色接近无色)。最后，转速为20,000rpm离心5min，用0.45μm的有机相滤膜过滤上清液。

(2)利用微通道装置制备水凝胶小球，步骤同实施例1；

(3)银纳米粒子组装在PVA水凝胶表面，步骤同实施例1；

(4)在组装了银纳米粒子(AgNPs)的小球上修饰带正电和负电的分子巯基乙胺和巯基丙酸，步骤同实施例1；

(5)静电作用-SERS技术检测鱼肉样品提取液中带正电的农药杀螟丹和2-氨基乙基膦酸，带负电的农药4-硝基-1H-吡唑-3-羧酸和3,5-二氯苯酚，步骤同实施例1；

对上述静电吸附后的小球，采用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，获得鱼肉样品提取液的SERS图谱，与四种农药的标准曲线对照(图13-16)，从而实现鱼肉样品中这四种农药的含量，检测结果如表1所示，说明使用本发明的方法能够对应性地检测出鱼肉中特定农药含量，

表1

实施例3

一种用于农药快速检测的凝胶材料，其制备方法如下：

A.微通道装置制备PVA凝胶微球：

(1)PVA 0.5g，海藻酸钠500μL加入离心管混合均匀，超声30min去除气泡作为水相；

(2)0.5mL N,N-二甲基甲酰胺和200mL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，利用剪切力的作用形成微球，经进一步固化后得到PVA凝胶微球：注射泵中水相流速：0.02mL/min，蠕动泵中油相流速：开始设定0.2mL/min，后面根据凝胶微球滴出形状慢慢调节流速到10mL/min，并在50℃下固化1小时。

B.原位自组装法制备AgNPs负载PVA凝胶微球：

(1)AgNO₃(200μL，0.5M)加入到上述制备好的PVA凝胶微球中，并将所得溶液在25℃剧烈搅拌30min，使得Ag⁺在小球表面上均匀扩散，加入NaBH₄(200μL，5mM)以促进AgNPs的成核，形成涂覆在小球表面的Ag种子；

(2)AgNPs在小球表面上的原位生长：将由CTAB(2.0mL，0.1M)，甘氨酸(1.5mL，0.1mM，pH＝9.0)和AgNO₃(500μL，0.5mM)组成的混合物添加到先前制备的PVA凝胶小球/Ag种子溶液中，混合反应1h、3h和6h；

(3)最后，甲氧基巯基聚乙二醇(500μL，60mM)加入到步骤2中的溶液中，在剧烈磁力搅拌下，将混合物在27℃下保持30分钟，然后离心(8,000rpm，10分钟)以除去过量的甲氧基巯基聚乙二醇，并在水中再分散，得到AgNPs负载PVA凝胶微球。

将得到的AgNPs负载的PVA凝胶微球进行扫描电镜检测，得到的结果如下：图17为溶液混合反应6h后得到的组装较多的AgNPs的PVA凝胶微球，包裹的AgNPs密度最大，整个凝胶微球表面包裹均匀厚重，没有空隙，对凝胶微球表面的AgNPs进行放大扫描拍摄，AgNPs结合紧密，甚至成块状结合；图18为溶液混合反应3h后得到的组装适中的AgNPs的PVA凝胶微球，包裹的AgNPs密度适中，厚度适中，整个凝胶微球表面包裹均匀，未见空隙，对凝胶微球表面的AgNPs进行放大扫描拍摄，AgNPs结合均匀紧密，未见块状结合；图19为溶液混合反应1h后得到的组装较少的AgNPs的PVA凝胶微球，包裹的AgNPs密度较小，整个凝胶微球表面包裹不均匀，有可见的空隙，对凝胶微球表面的AgNPs进行放大扫描拍摄，AgNPs结合较散，未见块状结合。而没有组装AgNPs的PVA凝胶微球，如图20所示，未组装的PVA凝胶微球表面较光滑，随着表面组装的AgNPs的量逐渐增加，SEM显示凝胶表面粗糙度增加，进一步验证了本方法精准控制PVA凝胶表面AgNPs的密度和形貌。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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(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。

7.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(6)中：甲氧基巯基聚乙二醇的浓度为60mM。

8.一种用于农药快速检测的凝胶材料，其特征在于，采用权利要求1-7所述的任意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。

9.根据权利要求8所述的一种用于农药快速检测的凝胶材料的应用，其特征在于，其用于在水产品中带正电荷和负电荷农药的分析检测中。

10.根据权利要求9所述的一种用于农药快速检测的凝胶材料的应用，其特征在于，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、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。

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