利用光学MIP-ZIF67/Fe3O4/GQDs传感器检测阿维菌素残留

《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》：Detection of Abamectin Residues by using Optical MIP- ZIF67/Fe 3O 4/GQDs Sensor

分子印迹聚合物结合磁性纳米材料和石墨烯量子点（MIP-ZIF67/Fe3O4/GQDs）用于高效检测水中阿巴米菌素，通过FT-IR、XRD、VSM等表征验证材料结构，响应面法优化得出pH 7.69、接触时间16.32分钟、浓度15.29 ppm、吸附剂用量0.68 g/L时吸附效率达99.82%，检测限160 ppb，稳定性良好，适用于环境监测。

　　检测水中的多种农药残留对于保障人类健康和生态环境至关重要。随着农药的广泛应用，其残留问题日益突出，尤其是一些具有高毒性和持久性的农药，如阿维菌素（Abamectin），其在水体中的存在对环境和人类健康构成了显著威胁。因此，开发一种快速、准确且高效的检测方法成为当务之急。本文介绍了一种基于磁性金属有机框架（MIP-ZIF67/Fe?O?/GQDs）的分子印迹聚合物传感器，用于检测水中的阿维菌素残留。

阿维菌素作为一种广泛使用的杀螨剂，其过量或不合理使用可能导致水体和土壤污染。传统检测方法如高效液相色谱-紫外检测（HPLC-UV）、QuEChERS与气相色谱-质谱联用（GC-MS）以及液相色谱-质谱（LC-MS）等，虽然在灵敏度和准确性方面表现优异，但通常需要昂贵的设备、专业人员以及复杂的样品预处理步骤，缺乏便携性和实用性。因此，研究人员开始探索更简单、快速且成本效益更高的检测方法，如荧光光谱法，以满足实际环境监测的需求。

分子印迹聚合物（MIPs）作为一种合成生物受体，因其具有高稳定性、低成本、易于制备以及高选择性和灵敏度等优点，成为农药检测的有力工具。在MIPs中，通过在聚合过程中围绕模板分子（如阿维菌素）形成特定的结合位点，使其能够高效识别目标分子。为了进一步提升传感器的性能，研究者将MIPs与磁性纳米材料和石墨烯量子点（GQDs）相结合，构建了MIP-ZIF67/Fe?O?/GQDs复合材料。其中，ZIF67是一种金属有机框架材料，具有高比表面积和孔隙率，有助于提高吸附效率；Fe?O?磁性纳米颗粒则提供了便捷的分离手段；而GQDs因其优异的化学和光学稳定性，增强了传感器的灵敏度。

通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、X射线衍射（XRD）和振动样品磁强计（VSM）等多种分析手段，研究人员对MIP-ZIF67/Fe?O?/GQDs进行了系统表征。这些分析结果表明，该复合材料具有良好的结构特征和磁性性能，且其合成过程符合预期。此外，荧光光谱法用于评估传感器的性能，结果显示其对阿维菌素的灵敏度为29.79（a.u./ppm），检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为160（ppb）和500（ppb）。这一灵敏度和检测限表明该传感器在检测低浓度阿维菌素方面具有优势。

在选择性和结合位点的研究中，研究人员通过与咪菌酸、氯氰菊酯和敌百虫等竞争性农药的对比实验，发现MIP-ZIF67/Fe?O?/GQDs对阿维菌素具有显著的特异性。其印迹因子（IF）为2.52，相对选择性系数（β）在5.82至8.17之间，表明该传感器在复杂样品中仍能保持良好的选择性。同时，Scatchard分析显示，MIP-ZIF67/Fe?O?/GQDs的最大结合量（Qmax）为69.21 μmol/g，而非印迹聚合物（NIP）仅为27.51 μmol/g，进一步证明了MIPs的高选择性。

在吸附条件优化方面，采用响应面法（RSM）和中心组合设计（CCD）进行实验设计，确定了最佳吸附条件。结果显示，在pH=7.69、接触时间=16.32分钟、阿维菌素浓度=15.29 mg/L和吸附剂用量=0.68 g/L的条件下，传感器的吸附效率达到了99.82%。此外，对吸附-解吸过程的研究表明，该传感器在8个循环中仍能保持超过80%的吸附效率，显示出良好的重复使用性。

为了验证传感器的稳定性，研究人员在五个循环中评估了其对10 ppm阿维菌素的检测性能，结果显示其标准偏差仅为1.23，表明传感器具有良好的重复性和稳定性。在实际应用测试中，将1 ppm的阿维菌素添加到河水中，并通过传感器检测，结果表明其检测浓度为1.09 ppm，与实际值（1.07 ppm）非常接近，显示出较高的准确度。

综合来看，MIP-ZIF67/Fe?O?/GQDs传感器在检测阿维菌素方面表现出卓越的性能，包括高灵敏度、高选择性、良好的稳定性和重复使用性。该传感器不仅能够快速、准确地检测水中的阿维菌素，还具有便携性和成本效益，适用于环境监测和食品安全检测。通过结合磁性材料和石墨烯量子点，研究人员成功开发出一种新型的农药检测工具，为农药残留的实时监测提供了新的解决方案。