一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器、制备方法及其在检测中的应用与流程

本发明涉及挥发性胺类物质检测技术领域，具体是一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器、制备方法及其在检测中的应用。

背景技术：

随着中国经济快速发展和人民生活质量的提高，对于食品和环境的需求正从量向质进行转变；然而近些年出现的食品和环境质量安全事件不仅给消费者的健康构成威胁，也给行业带来了冲击。挥发性胺类物质主要来源于肉类食品腐败、工业和农业产生的废水以及汽车尾气等，并且在低浓度下脂肪挥发性胺类和芳香挥发性胺类就可以对人体健康构成威胁，因此挥发性胺类物质的实时快速检测具有重要的研究和应用价值。目前传统的挥发性物质检测方法主要有GC-MS和电子鼻等方法，虽然这些检测方法能够准确检测挥发性胺类物质，但是由于其需要进行繁琐的预处理，检测过程需要在专业的具有大型分析检测仪器的实验室中进行，对操作人员的要求较高，检测时间和成本较大，难以快速、简便、廉价的实现对挥发性胺类物质进行快速有效检测。

通过对现有的快速检测技术进行检索发现，自2000年Kenneth S.Suslick等人首先将比色传感器用于快速检测挥发性物质以来，该技术受到了国内外广泛关注，特别是近些年的报道相对较多，主要集中在食品如啤酒、含糖饮料、白酒等。因此比色传感器在理论和实践中都被证明能够很好的对挥发性物质进行快速检测。

进一步检索发现，Nourmohammadian等人在IEEE sensor journal(15(11):6485-6490)发现一种苯并噻唑碱类物质((E)-4-((E)-(5-甲氧基苯并[d]噻唑-2-yl)二氮烯基)-N-((E)-2-((4-((E)-(5-乙苯基(d)噻唑-2-yl)二氮烯基)苯基)-亚氮基)亚乙基)苯胺，DB)溶解于乙醇溶剂中，可以与挥发性胺类物质进行反应并产生颜色变化。但是在实际检测过程中，处于液体状态的染料难以与环境或食品中的挥发性胺类物质充分接触反应，并且有染料使用量大、携带和使用检测不方便等缺陷。本发明采用聚丙烯酸将苯并噻唑碱染料固定在聚丙烯酰胺薄膜上，并且用壳聚糖链对其进行包埋，制备成固定化比色传感器，藉此用于食品和环境中挥发性胺类物质未见报道先例。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器的制备及其测定挥发性胺类物质的方法。针对肉类制品在微生物作用下产生挥发性胺类物质或者环境中存在的挥发性胺类物质，可以将该技术用于表征肉类品质以及环境中挥发性胺类物质。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器，包括聚丙烯酰胺薄膜(PP)、聚丙烯酸(PAA)、苯并噻唑碱类染料(DB)和壳聚糖链(CS)，所述聚丙烯酸的一端结合在聚丙烯酰胺薄膜上，另一端与苯并噻唑碱类染料通过范德华力和物理吸附进行连接，形成PP-PAA-DB结构；所述壳聚糖链与聚丙烯酸静电结合，使苯并噻唑碱类染料进一步被包埋，形成PP-PAA-DB-CS结构。

一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)取聚丙烯酰胺薄膜，置入含有体积比为40％-60％的丙烯酸水溶液中，在室温下以二苯甲酮作为自由基诱导剂，排除空气并封口，用紫外灯进行过夜照射，使丙烯酸聚合成聚丙烯酸，取出后用pH值为7.5-9的NaOH或KOH溶液和蒸馏水依次冲洗，在真空条件下干燥处理，得到PP-PAA；

(2)取PP-PAA置于苯并噻唑碱类染料溶液中，室温下静置3-5h，聚丙烯酸与苯并噻唑碱类染料通过范德华力和物理吸附进行连接，在连接时要注意控制时间和染料的量，使苯并噻唑碱类染料固定在聚丙烯酰胺薄膜-聚丙烯酸上，随后取出聚丙烯酰胺薄膜-聚丙烯酸-苯并噻唑碱类染料并用蒸馏水对其进行冲洗；

(3)取与聚丙烯酸相同摩尔数的壳聚糖置于1％-3％体积的醋酸或者磷酸溶液中，并添加蒸馏水使得壳聚糖的质量分数为1％，将聚丙烯酰胺薄膜-聚丙烯酸-苯并噻唑碱类染料置入壳聚糖溶液中室温下放置3-5h，带有大量正电荷的壳聚糖与带有大量负电荷的聚丙烯酸静电结合，使苯并噻唑碱类染料进一步包埋在聚丙烯酰胺薄膜-聚丙烯酸上，制成聚丙烯酰胺薄膜-聚丙烯酸-苯并噻唑碱类染料-壳聚糖链。

一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器在检测中的应用，采用以下步骤：

(1)收集食品或环境中含有挥发性胺类气体的物质，置入玻璃容器中进行储存；

(2)观察记录比色传感器在测试前的颜色或将比色传感器置于UV-VIS仪器中，在470～520nm波长下读取吸光度值A1；

(3)将比色传感器置入含有被检测样本的容器中，静置使其充分反应；

(4)观察记录比色传感器在测试后的颜色或将比色传感器置于UV-VIS仪器中，在470～520nm波长下读取吸光度值A2；或者进行全波长扫描；

(5)比较所述步骤(2)和(4)的颜色差异或者比较反应前后的吸光度差值，作为评价被检测样本挥发性胺类物质含量的重要依据；或者通过全波长扫描寻找最大吸收峰，作为评价被检测样本挥发性胺类物质种类的重要依据，最大吸收峰的波长越大则证明样本中挥发性胺类物质所含的氨基越多，即一元胺、二元胺的最大吸收峰波长小于多元胺最大吸收峰波长。

本发明所述的一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器在检测中的应用，所述波长为490nm。

本发明所述的一种含有苯并噻唑碱类染料的比色传感器在检测中的应用，所述应用包括食品或环境的检测。

本发明的有益效果在于：

针对现在高发的食品安全事件和环境污染事件，由于食品在贮藏和运输期间，蛋白质组分被微生物降解或工业活动和农业活动产生的挥发性胺类物质对人体造成一定的有害影响。传统的挥发性物质主要依赖于GC-MS或电子鼻等大型检测仪器对其进行检测，具有检测周期长、操作要求高、不能实时检测等缺陷。而本发明涉及到一种传感器技术，在不借助任何一种设备情况下，通过肉眼可以对挥发性胺类物质进行定性分析；在借助UV-VIS仪器设备的条件下，可以对挥发性胺类物质进行定量分析。

附图说明

图1是本发明比色传感器构建方法的示意图；

图2是本发明比色传感器检测挥发性胺类物质的示意图。

附图标记：PP，聚丙烯酰胺薄膜；AA，丙烯酸；PAA，聚丙烯酸；DB，苯并噻唑碱类染料；CS，壳聚糖链。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。

挥发性胺类物质快速检测方法是根据上述染料在和胺类物质反应前呈现橘红色，在和胺类物质反应后呈现蓝黑色这一特性。如图1所示，将染料固定在聚丙烯酸膜上并用壳聚糖对其进行包埋固定，从而制成能够快速检测挥发性胺类物质的比色传感器。如图2所示，当食品中由于微生物对蛋白质的降解生成挥发性胺类物质，或者环境中由于工业或者农业活动生成挥发性胺类物质时，检测人员可以将制备好的比色传感器置于疑有挥发性胺类气体的环境中反应数分钟，观察比色传感器颜色变化状况，并根据反应前后颜色差异对是否有挥发性胺类物质进行定性评估。在有UV-VIS设备的条件下，还可以对通过对UV-VIS数据变化对挥发性胺类物质进行定量分析；或者通过全波长扫描寻找最大吸收峰，作为评价被检测样本挥发性胺类物质种类的重要依据，最大吸收峰的波长越大则证明样本中挥发性胺类物质所含的氨基越多，即一元胺、二元胺的最大吸收峰波长小于多元胺最大吸收峰波长。

实施例1

按照本发明中所述方案的一种含有丙苯噻唑碱类染料的比色传感器：

如图1所示，包括聚丙烯酰胺薄膜(PP)、聚丙烯酸(PAA)、苯并噻唑碱类染料(DB)和壳聚糖链(CS)，所述聚丙烯酸(PAA)的一端结合在聚丙烯酰胺薄膜(PP)上，另一端与苯并噻唑碱类染料(DB)通过范德华力和物理吸附等作用力进行连接，形成PP-PAA-DB结构；所述壳聚糖链(CS)与聚丙烯酸(PAA)静电接合，使苯并噻唑碱类染料(DB)进一步被包埋，形成PP-PAA-DB-CS结构。

实施例2

按照本发明中所述方案一种含有丙苯噻唑碱类染料的比色传感器的制备方法如下：

如图1所示，

(1)PP-PAA板的制备：取表面积为36cm²的正方形PP板，将其称重后置入含有1.00mL的体积比为50％AA/H₂O溶液的培养皿中，向培养皿中通入氮气5min并用封口膜对其进行封口。随后将其置入紫外灯下进行过夜照射。然后取出PP-PAA板用pH值为8的NaOH水溶液对其进行冲洗以去除PAA单聚体。最后采用蒸馏水再清洗一遍，并在真空条件下进行干燥处理；

(2)PP-PAA-DB-CS板的制备：取9cm²的PP-PAA板，将其置于30.0mL pH5.0浓度为1×10^-4mol/L的染料溶液中，在室温下静置4h。取与聚丙烯酸相同摩尔数的壳聚糖置于2％体积的醋酸溶液中，并添加蒸馏水使得壳聚糖的质量分数为1％。将PP-PAA-DB板置入壳聚糖溶液中室温下放置4h，使得壳聚糖将染料固定在PP-PAA板上。

(3)比色传感器储存：将制备好的比色传感器置入广口玻璃瓶中，随后将玻璃瓶中充满氮气并用塑料膜封口，以便长期保存。

实施例3

按照本发明中所述方案一种含有丙苯噻唑碱类染料的比色传感器在检测中的应用如下：

如图2所示，

(1)前处理：用泵或者塑料袋等装置将食品或环境中含有挥发性胺类气体物质收集，并置入玻璃容器中进行储存；

(2)反应前传感器的颜色观察：肉眼观察或用相机记录预先制备好的比色传感器颜色；

(3)传感器反应：将预先制备好的比色传感器置入含有被检测样本的容器中，静置5分钟使其充分反应；

(4)反应后传感器的颜色观察：肉眼观察或用相机记录反应后的传感器颜色；

(5)反应前后传感器颜色差异：比较反应前后的颜色差异，定性评价被检测样本挥发性胺类物质的含量。

实施例4

按照本发明中所述方案一种含有丙苯噻唑碱类染料的比色传感器在检测中的应用如下：

如图2所示，

(1)前处理：用泵或者塑料袋等装置将食品或环境中含有挥发性胺类气体物质收集，并置入玻璃容器中进行储存；

(2)反应前传感器吸光度值：将预先制备好的比色传感器置于UV-VIS仪器中，在490nm波长下读取其吸光度值可以确定该物质是胺类物质，第二个最大吸收峰在604nm-610nm处，最大吸收峰的波长越大其含胺量也相应增大；

(3)传感器反应：将预先制备好的比色传感器置入含有被检测样本的容器中，静置5分钟使其充分反应；

(4)反应后传感器吸光度值：将反应后的传感器置于UV-VIS仪器中，在490nm波长下读取吸光度值；

(5)反应前后传感器吸光度差值：比较反应前后的吸光度差值，定性定量评价被检测样本挥发性胺类物质的含量。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。