【分析】顶空进样纸基传感器实现酒中的二氧化硫比色/SERS检测- 大数跨境

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2018-05-14

导读：上海应用技术大学的李丹副教授和邓维教授合作提出了一种基于顶空进样的纸基传感器件。

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二氧化硫是酿酒过程中一种常用的食品添加剂，如今已成为葡萄酒从采摘、酿造到装瓶每个过程中不可或缺的重要物质。二氧化硫具有抗氧化作用，可保持葡萄酒的新鲜口感，在葡萄酒发酵过程中保持葡萄酒特有的风味，然而二氧化硫的过量摄入会影响心肺功能并诱发哮喘发作。随着人们生活水平的提高和食品行业的快速发展，食品营养与安全问题备受关注。因此，建立可用于酒中二氧化硫快速且准确原位分析的方法意义重大。近年来，比色传感器凭借其操作简单、响应速度快、信息量大等优势已逐渐成为传感器的研究热点，但是传统比色传感器存在制备流程复杂、操作繁琐且检测特异性差等问题。

近日，上海应用技术大学的李丹副教授和邓维教授合作提出了一种基于顶空进样的纸基传感器件(Headspace-Sampling Paper-Based Analytical Device，HS-PAD)。通过在纸片上原位负载还原氧化石墨烯、对巯基吡啶修饰金纳米棒和碘-淀粉复合物（rGO/MPy-GNRs/SIC），并巧妙借助卡尔-费休反应，他们设计了一种全新的纸基多功能传感探针（图1）。在微量水存在的情况下，二氧化硫与纸片上的对巯基吡啶和碘-淀粉复合物之间发生卡尔-费休反应，结合顶空进样技术实现了二氧化硫在纸基传感器表面的特异性吸附。该方法一方面可解离碘-淀粉复合物诱导纸片颜色褪色，另一方面可将对巯基吡啶分子转化为吡啶甲基硫酸盐而获得特异表面增强的拉曼光谱（SERS）信号。该探针不仅可以提高二氧化硫气体分子的富集效率及分析检测灵敏度，而且实现了二氧化硫分子的原位比色和SERS双传感检测，降低了分析检测中出现假阳性或假阴性的几率，较好地弥补了传统比色传感器的缺陷。

基于rGO/MPy-GNRs/SIC纸传感器具有均匀且可控的形貌结构，他们还系统地研究了二氧化硫分子在纸基界面的比色和SERS机理，并对比色和SERS传感体系中的检测条件进行优化。结果表明，该传感器可以在8分钟内完成酒中微摩尔浓度二氧化硫的检测（图2）。同时，由于不依赖复杂的表面修饰过程，且rGO/MPy-GNRs/SIC结构稳定性好，该传感器可实现批量化生产和连续检测。结果表明，该纸基传感器具有良好的重现性和稳定性，表现出在食品安全现场检测和即时检测（point-of-care diagnostic）中巨大的应用潜力。

图1. 顶空进样-纸基传感器的制作流程及其应用于酒中二氧化硫比色和SERS的双传感示意图。

图2. rGO/MPy-GNRs/SIC纸传感器用于二氧化硫的比色和SERS检测。（A）纸基传感器用于不同浓度Na₂SO₃比色检测的颜色变化；（B）颜色强度与Na₂SO₃浓度之间的关系；（C）纸基传感器用于不同浓度Na₂SO₃SERS检测的光谱变化；（D）518 cm^-1处拉曼光谱峰的强度与Na₂SO₃浓度之间的关系。

该纸基传感器的主要优势包括：借助顶空进样技术可以更加有效率地捕获分析物，减少样品中其他成分的干扰，表现出更优异的灵敏度；相比于比色或SERS探针，rGO/MPy-GNRs/SIC的制备过程简单且结构稳定可控，在复杂样本中对二氧化硫响应敏感，提升了传感器的特异性和可重复性；整个检测过程只需一步，无需额外的试剂和后处理步骤，提高了实际应用的可操作性。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是李丹副教授和硕士生段化珍，共同通讯作者为李丹副教授和邓维教授，研究工作得到国家自然科学基金项目和上海市“化学工程与技术（香料香精技术与工程）”高原学科的支持。

该论文作者为：Dan Li, Huazhen Duan, Yadan Ma and Wei Deng

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