基于QCM气敏响应的鱼肉中TVB-N快速检测方法
批准号：
32102083
项目类别：
青年科学基金项目（C类）
资助金额：
30.0 万元
负责人：
陈薇
依托单位：
学科分类：
食品质量与安全检测
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
陈薇
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
动物性食品质量与安全是重大民生问题。挥发性盐基氮（TVB-N）是评价动物性食品品质的关键理化指标。敏感材料修饰的石英晶体微天平（QCM）气敏传感器灵敏度高、操作简便，可通过直接检测样品TVB-N转化的含氮气体总浓度确定TVB-N含量。然而敏感材料对含氮气体吸附机制不明晰，样品成分对传感器响应信号干扰机理不明确，限制了该技术的发展。本项目拟以三文鱼肉为研究对象，合成氧化石墨烯基纳米复合材料（Gx），研究Gx与多种含氮气体结合的吸附动力学和热力学关系，利用分子模拟手段构建Gx与含氮气体的结构模型，并借助原位红外光谱解析不同含氮气体在Gx上吸附的关键位点，探明Gx对含氮气体的吸附机制；研究样品成分中非含氮气体种类和浓度对传感器响应信号的影响，揭示非含氮气体对传感器识别含氮气体的干扰规律，明确主要干扰气体；为构建检测三文鱼肉TVB-N含量的准确快速且抗干扰的QCM气敏传感方法提供理论和技术依据。
英文摘要
The quality and safety of animal food are major livelihood issues. Volatile base nitrogen (TVB-N) is a key physicochemical index to evaluate the quality of animal food. A quartz crystal microbalance (QCM) gas sensor modified with a sensitive material has high sensitivity and is a simple operation. It can determine the content of TVB-N by directly detecting the total concentration of nitrogen-containing gases transformed by TVB-N in the sample. However, the adsorption mechanism of nitrogen-containing gases on the sensitive material is not clear, and the interference mechanism of sample composition on the sensor response signal is not clarified, which limits the development of this technology. In this project, salmon will be taken as the research object, a graphene oxide-based nanocomposite (Gx) will be synthesized, the adsorption kinetics and thermodynamics relations when Gx combined with a variety of nitrogen-containing gases will be studied, structural models of Gx and nitrogen-containing gases will be constructed using molecular simulation method, the key sites in Gx on which different nitrogen-containing gases adsorbed will be parsed with the aid of in situ FTIR, and the adsorption mechanism of nitrogen-containing gases on Gx will be clarified. The influence of the type and concentration of non-nitrogen-containing gases on the sensor response signal will be studied, the interference law will be revealed, and the main interfering gases will be identified. It will provide a theoretical and technical basis for the construction of an accurate, rapid, and anti-interference QCM gas sensing method for the detection of TVB-N contents in salmon samples.
本项目聚焦与动物性食品品质密切相关的理化指标挥发性盐基氮（TVB-N）难以准确快速检测这一食品行业难题，从TVB-N本身来源出发，利用石英晶体微天平（QCM）气敏传感器直接检测TVB-N转化的含氮气体的总浓度，省去国标方法中“酸液回收和滴定含氮气体”的繁琐步骤，为建立准确快速检测三文鱼肉样品TVB-N含量的QCM气敏传感方法提供理论基础。①具有纳米级孔洞的氧化石墨烯（NGO）对 三甲胺（TMA）有较好的吸附效果，并且对 TMA具有超高的灵敏度、优异的线性度（R2 =0.98）、高响应/恢复能力（3 s/20 s）和优异的重复性（RSD=0.02，n=3）。②利用一步水热法成功合成出具有多孔结构的 NGO/MoS2 复合材料，NGO/MoS2复合材料在 GO 和 MoS2的表面均具有边缘位点、官能团和活性位点。基于 NGO/MoS2的 QCM 气敏传感器对 TVB-N 气体有良好的灵敏度、优异的线性度（R2 =0.96）、高响应/恢复能力（2 s/15 s）和优异的重复性（RSD=0.04，n=3）。③建立一种基于QCM的气敏传感器阵列，该阵列由4种碳基纳米材料（氧化石墨烯、碳化钛、多壁碳纳米管和氧化石墨炔）修饰而成，可分别检测三文鱼肉中的 TMA、二甲胺（DMA）、氨气（NH3）和 甲醛（HCHO）。④基于UiO-66和多壁碳纳米管（UiO-66/MWCNTS）纳米复合材料修饰的 QCM 气敏传感器在室温（25℃）和相对湿度（35%RH）下检测TMA、DMA、NH3和 HCHO的检出限分别为0.32 μmol/L、0.52 μmol/L、1.02 μmol/L和 2.4 μmol/L。 ⑤采用 La-Ce-MOF 修饰的QCM气敏传感器检测4种目标气体（TMA、DMA、NH3和 HCHO）。利用Vienna Ab-initio Simulation Package 计算了纳米材料对4种目标气体的吸附能和模拟了电荷转移，这种优异的传感性能归功于目标气体分子通过氢键优先吸附在纳米微球上。TMA 的吸附能为-0.4329eV，DMA 的吸附能为 -0.5204 eV，NH3的吸附能为-0.6823eV，HCHO的吸附能为-0.7576 eV，La-Ce-MOF对4种目标气体的吸附均为物理吸附。最后成功将这些QCM 气敏传感器应用于检测冷藏三文鱼肉TVB-N。
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