CN114923975B - 一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法 - Google Patents

一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114923975B
CN114923975B CN202210337988.5A CN202210337988A CN114923975B CN 114923975 B CN114923975 B CN 114923975B CN 202210337988 A CN202210337988 A CN 202210337988A CN 114923975 B CN114923975 B CN 114923975B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensing film
flexible sensing
solution
tea leaves
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210337988.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114923975A (zh
Inventor
张新爱
王转龙
刘莹
刘源
石吉勇
邹小波
黄晓玮
胡雪桃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202210337988.5A priority Critical patent/CN114923975B/zh
Publication of CN114923975A publication Critical patent/CN114923975A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114923975B publication Critical patent/CN114923975B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/42—Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

本发明属于农副产品质量安全技术领域，具体涉及一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法。本发明将柔性透明基底和导电复合物水凝胶结合，构建了柔性微型传感膜，将柔性传感膜直接贴附在上述新鲜茶叶片上，柔性传感膜的末端设有导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性连接，在微型恒电位仪进行电化学性能测试，依据电信号与叶片表面喷洒的Cd2+浓度间的相互关系建立线性回归模型；进而通过测量待测叶片的电信号值；代入线性回归模型，实现样本叶片中的Cd2+的定量检测；本发明在不破坏叶片完整性的情况下即能完成对重金属的测定，实现了对茶树叶片中重金属富集情况的无损、在线、实时检测。

Description

一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法
技术领域
本发明属于农副产品质量安全技术领域，具体涉及一种用于利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法。
背景技术
茶叶是一种由茶树的嫩叶烘焙或发酵而成的富含多种茶多酚、儿茶素等营养成分的绿色饮品，也是受人青睐的食药两用食材。茶树对茶叶的品质保障有直接影响，然而，茶树在种植过程极易受土壤和环境中的重金属污染，茶树对重金属的吸收富集将直接导致茶鲜叶中的重金属含量不断上升，这些重金属随茶制品进入人体内蓄积后，会对人体健康造成严重危害，尤其是长期饮用镉含量超标的茶叶会引起骨关节病和自发性骨折等疾病。因此，准确检测茶制品中的镉离子含量对人体健康尤为重要。
目前，研究多致力于对成品茶叶中的重金属进行检测，包括原子光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电化学法等，其中，电化学法因其操作简便、灵敏度高、易于微型化等特点备受关注。但是这些方法都无法实现对茶叶整个生长周期内重金属含量的监测。在智慧农业发展的大趋势下，对茶叶品质的保障需要从农业生产过程中监管追溯，因此，研究在线监测茶树叶片中重金属富集情况，精准把握茶叶生长周期的品质品相，对于实现茶叶品质的精确和闭环控制至关重要。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明设计了一种用于茶树叶片中镉离子在线监测的柔性传感膜。在柔性基底上制备集成式电极，结合水凝胶将其贴合在茶树叶片上，利用植物特性与柔性膜之间形成的微环境，进行电化学性能测试，从而实现对茶树叶片镉离子含量的在线实时监测。
为了实现上述目的，本发明采用的具体步骤如下：
步骤一：柔性感知膜的制备
设计电极图案，以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，2cm×1cm×100mm)为衬底，采用喷墨打印技术，用导电碳浆印刷椭圆形状的工作电极，并在其外围印刷1/3圆的对电极，干燥后；在工作电极外围用导电银浆印刷2/3圆的参比电极，参比电极与对电极互不连接，且开口相对；再使用导电银浆印刷三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、对电极、参比电极相连，干燥后；印刷绝缘油墨封闭上述间隔，使其覆盖工作电极、参比电极与对电极的图案区域以及部分导电条，干燥后；用聚二甲基硅氧烷(PDMS)覆盖图案化的PET膜，干燥后；剥离PET膜，得到透明的柔性感知膜；
步骤二：传感介质导电复合物水凝胶的制备
S1.将五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、均苯三甲酸(H3BTC)、二甲基甲酰胺(DMF)、无水乙醇置于高压反应釜中，加热反应后，再经冷却、离心、洗涤、干燥后，得到白色粉末，即为铋基金属有机框架材料，记为Bi-BTC；再将Bi-BTC在一定温度下碳化，得到Bi-BTC衍生物；
S2.称取聚乙烯醇加入含二甲基亚砜和超纯水的混合溶液中，搅拌均匀后，记为溶液A；在溶液A中加入上述步骤制得的Bi-BTC衍生物，磁力搅拌后，记为溶液B，将溶液B进行冷冻处理，之后再解冻，以冷冻和解冻处理为周期，进行多次周期循环后，得到导电复合物水凝胶；
步骤三：柔性传感膜的制备
将步骤二制备的导电复合物水凝胶加于步骤一中柔性感知膜的工作电极表面，得到工作电极A；再将半胱氨酸(cys)溶液滴于工作电极A表面，室温干燥后得到工作电极B；最后将全氟磺酸型聚合物(Nafion)溶液滴于工作电极B表面，干燥后，即制得柔性传感膜；
步骤四：标准曲线的构建
筛选以不含镉离子的新鲜茶叶片为样品，配制一系列浓度梯度的Cd2+标准溶液，分别均匀喷撒在清洗干净的茶叶片上，然后在每片叶片上喷洒胺鲜酯，室温放置一段时间后，将步骤三制得的柔性传感膜直接贴附在上述新鲜茶叶片上，柔性传感膜的末端设有导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性连接，在微型恒电位仪进行电化学性能测试；依据电信号与Cd2+浓度间的相互关系，建立线性回归模型：I＝k*C+n，其中I为电信号值，C为Cd2+标准溶液的浓度，k和n为常数；
步骤五：茶树叶片的Cd2+检测
选择叶片样本，冲洗叶片表面；然后将步骤三制备的柔性传感膜贴附在叶片上，基于叶片的蒸腾作用在叶片表面与膜界面形成液膜以作为电解质溶液；将柔性传感膜末端的导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性相连，在微型恒电位仪进行电化学性能测试，得到电信号值；将所检测的电信号值代入步骤四建立的线性回归模型中，从而得出样本叶片中的Cd2+含量。
进一步的，步骤一中所述导电碳浆的质量浓度为50～90％、导电银浆的质量浓度为50～90％、绝缘油墨的质量浓度为10～50％；所述干燥温度为80～120℃，所述干燥时间为20～60min。
进一步的，步骤二的S1中所述五水合硝酸铋、均苯三甲酸、二甲基甲酰胺和无水乙醇的用量比为0.1～5g：0.05～5g：5～50mL：5～30mL；所述加热反应的温度为80～140℃，时间为12～36h。
进一步的，步骤二的S1中所述碳化的温度为700～900℃，碳化的时间为8～16h。
进一步的，步骤二的S2中所述聚乙烯醇、二甲基亚砜、超纯水、Bi-BTC衍生物的用量比为1～5g：70～80mL：40～50mL：3～5mg；所述磁力搅拌时间为0.5～2h；所述冷冻处理的温度为-10～-20℃，时间为12～36h，解冻处理的温度为-0～-4℃，时间为6～18h；所述多次为2～4次。
进一步的，步骤三中所述导电复合物水凝胶、半胱氨酸溶液、Nafion溶液的体积比为100～400：2～4：1～3；所述半胱氨酸溶液的质量浓度为0.01～2％；所述Nafion溶液的体积浓度为0.1～5％。
进一步的，步骤四中所述Cd2+标准溶液的浓度为0～100μg/L；；所述胺鲜酯的浓度为5～20mg/L；所述室温放置时间为12～24h。
进一步的，所述电化学性能测试的方法包括方波伏安法或阳极溶出伏安法。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现如下：
(1)本发明将柔性透明基底和导电复合物水凝胶结合，构建了柔性微型传感膜，轻质，便于携带，能较好的适应叶片表面的弯曲形状；利用活体叶片的蒸腾作用与柔性传感膜的导电复合物水凝胶之间形成的微环境取代传统的电解质溶液。
(2)本发明经碳化后得到的Bi-BTC衍生物，与Bi-BTC相比，表面孔道增大，导电能力进一步提升。
(3)本发明对活体叶片Cd2+检测的特异性强，Bi-BTC衍生物能与Cd2+共沉积，且半胱氨酸、导电复合物水凝胶中的羟基基团能与Cd2+发生络合反应，以及结合Nafion有效固定传感材料的特性，Cd2+检测的特异性进一步增强，降低了基质中其它干扰组分的影响，提高了检测准确度。
(4)本发明在不破坏叶片完整性的情况下即能完成对重金属的测定，实现了对茶树叶片中重金属富集情况的无损、在线、实时检测。
附图说明
图1是实施例1中所制备Bi-BTC的扫描电镜图(1μm)。
图2是柔性传感膜监测茶树叶片中镉离子含量的主要技术路线图。其中，A-柔性传感膜贴合在茶树叶片上的示意图，B-导电复合物水凝胶的结构图，C-Bi-BTC衍生物的电镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：实施例在本发明的技术方案为前提下进行，给出了详细实施步骤和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
步骤一：柔性感知膜的制备
在计算机上设计电极图案，以PET(2cm×1cm×100mm)为衬底，采用喷墨打印技术，用质量浓度为75％导电碳浆印刷椭圆形状的工作电极，并在其外围印刷1/3圆的对电极，在真空干燥箱90℃干燥10min后；在工作电极外围用质量浓度为72％导电银浆印刷2/3圆的参比电极，参比电极与对电极互不连接，且开口相对；再使用此导电银浆印刷三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、对电极、参比电极相连，在真空干燥箱90℃干燥10min后；印刷质量浓度为40％的绝缘油墨封闭上述间隔，使其覆盖工作电极、参比电极与对电极的图案区域以及部分导电条，在真空干燥箱90℃干燥10min后；用PDMS紧紧覆盖图案化的PET膜，在真空干燥箱90℃干燥10min后；剥离PET膜，得到透明的柔性感知膜；
步骤二：传感材料的制备
将0.2143g五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、0.1400g均苯三甲酸(H3BTC)、10mL二甲基甲酰胺(DMF)、10mL无水乙醇置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，100℃油浴24h，冷却后，加入3mL无水乙醇离心清洗3次，设置转速为4000r/min，离心时间为10min，离心后放入真空干燥箱中80℃干燥2h，干燥后，得到的白色粉末样品即为铋基金属有机框架材料，记为Bi-BTC(图1)；将Bi-BTC在800℃下碳化12h，得到Bi-BTC衍生物；
称取2g聚乙烯醇加入含70mL二甲基亚砜和40mL超纯水的混合溶液中，搅拌均匀后，记为溶液A；在溶液A中加入上述步骤制得的Bi-BTC衍生物3mg，磁力搅拌1h后，记为溶液B，将溶液B放入冰箱中-20℃冷冻24h，之后-4℃解冻8h，以冷冻和解冻处理为周期，重复进行3次后，制得导电复合物水凝胶；
步骤三：柔性传感膜的制备
将步骤二制备的导电复合物水凝胶150μL加于步骤一中柔性感知膜的工作电极表面，得到工作电极A；再吸取2μL 0.02M半胱氨酸(cys)溶液滴于工作电极A表面，室温干燥后得到工作电极B；继续吸取2μL体积浓度为0.20％Nafion溶液滴于工作电极B表面，干燥后，即制得柔性传感膜；
步骤四：标准曲线的构建
筛选以不含镉离子的新鲜茶叶片为样品，配制一系列浓度梯度的Cd2+标准溶液(0μg/L、5μg/L、15μg/L、20μg/L、30μg/L、35μg/L、40μg/L、45μg/L、50μg/L)，分别均匀喷撒在样品叶片上，喷撒区域为2.5cm×1.5cm，然后在上述区域喷洒1mL浓度为15mg/L的胺鲜酯，室温放置24h后，将柔性传感膜直接贴附在上述茶叶片上，柔性传感膜的末端设有导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性连接，在微型恒电位仪上采用阳极溶出伏安法进行电化学性能测试，设置沉积电位为-1.4V，沉积时间为400s，富集后设置扫描范围为-0.6V至0.4V，依据电信号与Cd2+浓度间的相互关系，建立线性回归模型：I＝0.0478*C+0.2001(R2＝0.9934)；
实施例2：
步骤一：柔性感知膜的制备
在计算机上设计电极图案，以PET(2cm×1cm×100mm)为衬底，采用喷墨打印技术，用质量浓度为75％导电碳浆印刷椭圆形状的工作电极，并在其外围印刷1/3圆的对电极，在真空干燥箱90℃干燥10min后；在工作电极外围用质量浓度为72％导电银浆印刷2/3圆的参比电极，参比电极与对电极互不连接，且开口相对；再使用此导电银浆印刷三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、对电极、参比电极相连，在真空干燥箱90℃干燥10min后；印刷质量浓度为40％的绝缘油墨封闭上述间隔，使其覆盖工作电极、参比电极与对电极的图案区域以及部分导电条，在真空干燥箱90℃干燥10min后；用PDMS紧紧覆盖图案化的PET膜，在真空干燥箱90℃干燥10min后；剥离PET膜，得到透明的柔性感知膜；
步骤二：传感材料的制备
将0.2143g五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、0.1400g均苯三甲酸(H3BTC)、10mL二甲基甲酰胺(DMF)、10mL无水乙醇置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，100℃油浴24h，冷却后，加入3mL无水乙醇离心清洗3次，设置转速为4000r/min，离心时间为10min，离心后放入真空干燥箱中80℃干燥2h，干燥后，得到的白色粉末样品即为铋基金属有机框架材料，记为Bi-BTC(图1)；将Bi-BTC在900℃下碳化12h，得到Bi-BTC衍生物；
称取2g聚乙烯醇加入含70mL二甲基亚砜和40mL超纯水的混合溶液中，搅拌均匀后，记为溶液A；在溶液A中加入上述步骤制得的Bi-BTC衍生物3mg，磁力搅拌1h后，记为溶液B，将溶液B放入冰箱中-20℃冷冻12h，之后-4℃解冻9h，以冷冻和解冻处理为周期，重复进行2次后，制得导电复合物水凝胶；
步骤三：柔性传感膜的制备
将步骤二制备的导电复合物水凝胶150μL加于步骤一中柔性感知膜的工作电极表面，得到工作电极A；再吸取2μL 0.02M半胱氨酸(cys)溶液滴于工作电极A表面，室温干燥后得到工作电极B；继续吸取2μL体积浓度为0.20％Nafion溶液滴于工作电极B表面，干燥后，即制得柔性传感膜；
步骤四：标准曲线的构建
筛选以不含镉离子的新鲜茶叶片为样品，配制一系列浓度梯度的Cd2+标准溶液(0μg/L、4μg/L、8μg/L、12μg/L、16μg/L、20μg/L、30μg/L、40μg/L、50μg/L)，分别均匀喷撒在样品叶片上，喷撒区域为2.5cm×1.5cm，然后在上述区域喷洒1mL浓度为15mg/L的胺鲜酯，室温放置12h后，将柔性传感膜直接贴附在上述茶叶片上，柔性传感膜的末端设有导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性连接，在微型恒电位仪上采用阳极溶出伏安法进行电化学性能测试，设置沉积电位为-1.4V，沉积时间为400s，富集后设置扫描范围为-0.6V至0.4V，依据电信号与Cd2+浓度间的相互关系，相应得到的线性回归模型为：I＝0.0467*C+0.1997(R2＝0.9843)。
实施例3：
步骤一：柔性感知膜的制备
在计算机上设计电极图案，以PET(2cm×1cm×100mm)为衬底，采用喷墨打印技术，用质量浓度为75％导电碳浆印刷椭圆形状的工作电极，并在其外围印刷1/3圆的对电极，在真空干燥箱90℃干燥10min后；在工作电极外围用质量浓度为72％导电银浆印刷2/3圆的参比电极，参比电极与对电极互不连接，且开口相对；再使用此导电银浆印刷三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别与工作电极、对电极、参比电极相连，在真空干燥箱90℃干燥10min后；印刷质量浓度为40％的绝缘油墨封闭上述间隔，使其覆盖工作电极、参比电极与对电极的图案区域以及部分导电条，在真空干燥箱90℃干燥10min后；用PDMS紧紧覆盖图案化的PET膜，在真空干燥箱90℃干燥10min后；剥离PET膜，得到透明的柔性感知膜；
步骤二：传感材料的制备
将0.2143g五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、0.1400g均苯三甲酸(H3BTC)、10mL二甲基甲酰胺(DMF)、10mL无水乙醇置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，120℃油浴12h，冷却后，加入3mL无水乙醇离心清洗3次，设置转速为4000r/min，离心时间为10min，离心后放入真空干燥箱中90℃干燥2h，干燥后，得到的白色粉末样品即为铋基金属有机框架材料，记为Bi-BTC(图1)；将Bi-BTC在800℃下碳化16h，得到Bi-BTC衍生物；
称取2g聚乙烯醇加入含70mL二甲基亚砜和40mL超纯水的混合溶液中，搅拌均匀后，记为溶液A；在溶液A中加入上述步骤制得的Bi-BTC衍生物5mg，磁力搅拌1h后，记为溶液B，将溶液B放入冰箱中-18℃冷冻24h，之后-4℃解冻10h，以冷冻和解冻处理为周期，重复进行3次后，制得导电复合物水凝胶；
步骤三：柔性传感膜的制备
将步骤二制备的导电复合物水凝胶150μL加于步骤一中柔性感知膜的工作电极表面，得到工作电极A；再吸取2μL 0.02M半胱氨酸(cys)溶液滴于工作电极A表面，室温干燥后得到工作电极B；继续吸取2μL体积浓度为0.20％Nafion溶液滴于工作电极B表面，干燥后，即制得柔性传感膜；
步骤四：标准曲线的构建
筛选以不含镉离子的新鲜茶叶片为样品，配制一系列浓度梯度的Cd2+标准溶液(0μg/L、10μg/L、20μg/L、30μg/L、40μg/L、50μg/L、60μg/L、70μg/L、80μg/L)，分别均匀喷撒在样品叶片上，喷撒区域为2.5cm×1.5cm，然后在上述区域喷洒1mL浓度为15mg/L的胺鲜酯，室温放置24h后，将柔性传感膜直接贴附在上述茶叶片上，柔性传感膜的末端设有导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性连接，在微型恒电位仪上采用阳极溶出伏安法进行电化学性能测试，设置沉积电位为-1.4V，沉积时间为400s，富集后设置扫描范围为-0.6V至0.4V，依据电信号与Cd2+浓度间的相互关系，所得的线性回归模型为：I＝0.0503*C+0.2997(R2＝0.9904)。
以实施例1制备的柔性传感膜为例，进行实际样品的检测；
茶树叶片的Cd2+检测：
在镇江五洲山茶场选择一片活体茶叶片，擦净表面残污；将制备的柔性传感膜贴附在叶片上，以叶片的蒸腾作用在叶片表面与膜界面形成的液膜作为电解质溶液；将柔性传感膜末端的导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性连接，在微型恒电位仪上设置沉积电位为-1.4V，沉积时间为400s，富集后设置扫描范围为-0.6V至0.4V，将所检测的电信号值代入上述线性回归模型中，得出茶树叶片中的Cd2+含量。
为了进一步验证此方法的可行性，将本发明用于茶树叶片中镉离子检测的方法与原子吸收光谱法进行比较。结果如表1所示，通过结果可以看出本发明所述方法检测结果与原子吸收光谱法所得结果具有较好的一致性。
综上所述，本发明设计了一种柔性传感膜，并利用此用于在线监测茶树叶片中镉离子。柔性传感膜的制备，实现了电极与复杂曲面形式的叶片之间的完美贴合，克服了传统刚性感知器件无法与叶片有效接触的弊端；同时，将水凝胶与催化性强的金属有机框架材料一体化，高密集的活性位点实现了对茶树叶片中Cd2+的痕量检测；此柔性传感膜与微型恒电位仪结合用于茶树叶片中镉离子在线监测，是保证茶树生长、保障茶叶品质的有意义手段，实现茶叶品质的闭环控制，为精准农业的发展提供了一种新的技术支撑。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：柔性感知膜的制备；
设计电极图案，以聚对苯二甲酸乙二醇酯为衬底，采用喷墨打印技术，用导电碳浆印刷椭圆形状的工作电极，并在其外围印刷1/3圆的对电极，干燥后；在工作电极外围用导电银浆印刷2/3圆的参比电极，参比电极与对电极互不连接，且开口相对；再使用导电银浆印刷三条平行的导电条，其中三条导电条的一端分别工作电极、对电极、参比电极相连，干燥后；印刷绝缘油墨，使其覆盖工作电极、参比电极与对电极的图案区域以及部分导电条，干燥后；用聚二甲基硅氧烷覆盖图案化的PET膜，干燥后；剥离PET膜，得到透明的柔性感知膜；
步骤二：传感介质导电复合物水凝胶的制备；
S1. 将五水合硝酸铋、均苯三甲酸、二甲基甲酰胺、无水乙醇置于高压反应釜中，加热反应后，再经冷却、离心、洗涤、干燥后，得到白色粉末，即为铋基金属有机框架材料，记为Bi-BTC；所述五水合硝酸铋、均苯三甲酸、二甲基甲酰胺和无水乙醇的用量比为0.2143 g：0.1400 g：10 mL：10 mL；然后再将Bi-BTC在800～900 ℃温度下碳化12～16 h，得到Bi-BTC衍生物；
S2. 称取聚乙烯醇加入含二甲基亚砜和超纯水的混合溶液中，搅拌均匀后，记为溶液A；在溶液A中加入上述步骤制得的Bi-BTC衍生物，磁力搅拌后，记为溶液B，将溶液B进行冷冻处理，之后再解冻，以冷冻和解冻处理为周期，进行2～4次周期循环后，得到导电复合物水凝胶；所述聚乙烯醇、二甲基亚砜、超纯水、Bi-BTC衍生物的用量比为1～5 g：70～80 mL：40～50 mL：3～5 mg；所述磁力搅拌时间为0.5～2 h；所述冷冻处理的温度为-10~-20 ℃，时间为12～36 h，解冻处理的温度为-0~-4 ℃，时间为6～18 h；
步骤三：柔性传感膜的制备；
将步骤二制备的导电复合物水凝胶加于步骤一中柔性感知膜的工作电极表面，得到工作电极A；再将半胱氨酸溶液滴于工作电极A表面，室温干燥后得到工作电极B；最后将全氟磺酸型聚合物溶液滴于工作电极B表面，干燥后，即制得柔性传感膜；
步骤四：标准曲线的构建；
筛选以不含镉离子的新鲜茶叶片为样品，配制一系列浓度梯度的Cd2+标准溶液，分别均匀喷撒在清洗干净的茶叶片上，然后在每片叶片上均匀喷洒胺鲜酯，经室温放置后，再将步骤三制得的柔性传感膜直接贴附在茶叶片上，柔性传感膜的末端设有导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性连接，在微型恒电位仪进行电化学性能测试；依据电信号与Cd2+浓度间的相互关系，建立线性回归模型：I = k*C+n，其中I为电信号值，C为Cd2+标准溶液的浓度，k和n为常数；
步骤五：茶树叶片的Cd2+检测；
选择叶片样本，冲洗叶片表面；然后将步骤三制备的柔性传感膜贴附在叶片上，基于叶片的蒸腾作用在叶片表面与膜界面形成液膜以作为电解质溶液；将柔性传感膜末端的导线条与微型恒电位仪的电极适配器电性相连，在微型恒电位仪进行电化学性能测试，得到电信号值；将所检测的电信号值代入步骤四建立的线性回归模型中，从而得出样本叶片中的Cd2+含量。
2. 根据权利要求1所述的一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法，其特征在于，步骤一中所述导电碳浆的质量浓度为50～90%、导电银浆的质量浓度为50～90%、绝缘油墨的质量浓度为10～50%；所述干燥的温度为80～120 ℃，干燥的时间为20～60min。
3. 根据权利要求1所述的一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法，其特征在于，步骤二的S1中所述加热反应的温度为80～140 ℃，时间为12～36 h。
4.根据权利要求1所述的一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法，其特征在于，步骤三中所述导电复合物水凝胶、半胱氨酸溶液、Nafion溶液的体积比为100～400：2～4：1～3；所述半胱氨酸溶液的质量浓度为0.01～2％；所述Nafion溶液的体积浓度为0.1～5％。
5. 根据权利要求1所述的一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法，其特征在于，步骤四中所述Cd2+标准溶液的浓度为0～100 μg/L；所述胺鲜酯的浓度为5～20mg/L，室温放置的时间为12~24 h。
6.根据权利要求1所述的一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法，其特征在于，步骤五种所述电化学性能测试的方法包括方波伏安法或阳极溶出伏安法。
CN202210337988.5A 2022-04-01 2022-04-01 一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法 Active CN114923975B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210337988.5A CN114923975B (zh) 2022-04-01 2022-04-01 一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210337988.5A CN114923975B (zh) 2022-04-01 2022-04-01 一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114923975A CN114923975A (zh) 2022-08-19
CN114923975B true CN114923975B (zh) 2024-05-14

Family

ID=82805138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210337988.5A Active CN114923975B (zh) 2022-04-01 2022-04-01 一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114923975B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116087176B (zh) * 2022-11-02 2023-11-24 南京农业大学 一种新型肉类新鲜度检测装置及其构建方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202016100374U1 (de) * 2015-09-29 2016-02-10 Nanjing Entry Exit Inspection And Quarantine Bureau Ein tragbares Gerät zur schnellen Detektion der Ionen von Schwermetallen
CN107966485A (zh) * 2017-12-07 2018-04-27 中国石油化工股份有限公司 一种基于石墨烯试纸电极构建的电化学重金属检测仪及其检测方法
CN108088885A (zh) * 2017-11-10 2018-05-29 中国农业大学 一种土壤重金属电化学原位检测系统及检测方法
CN109870435A (zh) * 2019-03-15 2019-06-11 无锡迪腾敏生物科技有限公司 一种重金属镉离子的荧光定量快速检测试纸条及其制备方法和应用
CN110286225A (zh) * 2019-06-06 2019-09-27 江苏大学 一种基于上转换和双硫腙特异性体系的茶叶中镉含量检测方法
CN114002285A (zh) * 2021-10-19 2022-02-01 广州钰芯智能科技研究院有限公司 一种用于重金属检测的聚苯胺-纳米铋复合电极及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202016100374U1 (de) * 2015-09-29 2016-02-10 Nanjing Entry Exit Inspection And Quarantine Bureau Ein tragbares Gerät zur schnellen Detektion der Ionen von Schwermetallen
CN108088885A (zh) * 2017-11-10 2018-05-29 中国农业大学 一种土壤重金属电化学原位检测系统及检测方法
CN107966485A (zh) * 2017-12-07 2018-04-27 中国石油化工股份有限公司 一种基于石墨烯试纸电极构建的电化学重金属检测仪及其检测方法
CN109870435A (zh) * 2019-03-15 2019-06-11 无锡迪腾敏生物科技有限公司 一种重金属镉离子的荧光定量快速检测试纸条及其制备方法和应用
CN110286225A (zh) * 2019-06-06 2019-09-27 江苏大学 一种基于上转换和双硫腙特异性体系的茶叶中镉含量检测方法
CN114002285A (zh) * 2021-10-19 2022-02-01 广州钰芯智能科技研究院有限公司 一种用于重金属检测的聚苯胺-纳米铋复合电极及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于粒子群优化支持向量机的重金属镉离子方波溶出伏安方法研究;赵国;王辉;刘刚;;中国农业文摘-农业工程;20180915(05);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114923975A (zh) 2022-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114923975B (zh) 一种利用柔性传感膜在线监测茶树叶片中镉离子的方法
CN103954669A (zh) 一种酶电极、酶生物传感器及其制备方法和应用
CN103940867A (zh) 一种用于检测17β-雌二醇的光电适配体传感器的制备方法
CN108414599B (zh) 铜纳米颗粒无酶电化学葡萄糖传感器的制备方法
CN110632145A (zh) 一种检测肥素硝态氮全固态离子选择性电极及其制备方法
CN106501332A (zh) Zn‑MOFs/玻碳电极及其制作方法和应用
CN111751414B (zh) 一种辐照改性钒酸铋适配体光电化学传感器
CN107238651A (zh) 一种检测多巴胺的电化学传感器的制备方法
CN109250704B (zh) 一种沙枣胶基多孔碳材料的制备方法及应用
CN111060569A (zh) 一种检测阿尔茨海默症标志物的电化学适配体传感器、其制备方法及应用
CN113030210B (zh) 一种碳点/铋膜修饰玻碳电极的制备及检测镉和铅离子的方法
CN106841351B (zh) 一种二硫化钼纳米片电化学传感器及其制备方法与应用
CN104538583B (zh) 一种基于真菌分生孢子的碳材料及其制备方法和应用
CN106872537B (zh) 一种三维花状钴纳米片葡萄糖电化学传感器及其制备方法
CN110398528B (zh) 一种基于液栅型igzo薄膜晶体管的抗结核类药物筛选装置及方法
CN103604845A (zh) 快速检测痕量重金属离子的电化学探头及其制作方法
CN107179345A (zh) 采用两步电沉积和溶出步骤的土壤重金属伏安检测方法
CN113916948B (zh) 一种基于纳米CeO2的检测黄嘌呤的电化学传感器及其制备方法和应用
CN110196270A (zh) 一种基于生物质炭-纳米金的电化学生物传感器的构建方法与分析应用
CN114910541A (zh) 一种电化学传感器及其制备方法和应用
CN104931553A (zh) 一种基于丝网印刷电极的四环素适配体传感器制备及检测方法
CN110078042B (zh) 一种富锂磷酸铁锂材料及其制备方法和应用
CN112903769A (zh) 甲苯胺蓝修饰的金属有机框架电极及其制备方法与应用
CN111398378A (zh) 用于检测葡萄糖的复合材料修饰电极的制备方法及电极
CN116124860A (zh) 一种快速检测食品中的砷离子的电化学方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant