Doktorska disertacija
Ugotavljanje svežine živil in pesticidov s kemično interakcijo tekočin ali plinov s površinami
Ogledi: 10 | Prenosi: 6
Povzetek
Hrana, voda in spanje predstavljajo temeljne človeške potrebe, ki so vse nepogrešljive. Vendar pa sta hrana in voda, za razliko od spanja, zgodovinsko gledano ostali izven neposrednega nadzora človeka. Od pradavnine so se lovci in nabiralci selili v iskanju teh ključnih virov. Pojav kmetijstva je pomenil prelomnico, saj je ljudem omogočil naselitev na enem mestu, s čimer so rešili izziv pridobivanja hrane, vendar pa so se pojavile nove težave. Ohranjanje hrane in zaščita pred škodljivci sta postali ključni vprašanji in kljub več kot 12.000 letom napredka nekatere težave še vedno ostajajo. Čeprav so hladilniki in pesticidi znatno omilili te izzive, je kvarjenje hrane še vedno prisotno, ostanki pesticidov pa še naprej onesnažujejo našo prehrano. V tem kontekstu predstavljajo senzorji obetavno rešitev, saj omogočajo sprotno spremljanje kvarjenja hrane in kontaminacije s pesticidi.
V tem delu smo razvili dve fluorescenčni sondi za detekcijo pesticidov klorpirifos in dimetoat ter senzor za amonijak, ki je pogost stranski produkt kvarjenja hrane. Prva sonda izkorišča naravno pojavnost, hidrolizo organofosfatnih pesticidov. S pospeševanjem te reakcije z uporabo koncentrirane NaOH smo zaznali produkt hidrolize namesto samega pesticida. Čeprav so organofosfati razmeroma nereaktivni, je njihove razgradne produkte veliko lažje identificirati. Posebej smo uporabili barvilo na osnovi kumarina za detekcijo metilamina in pri tem dosegli mejo zaznave 3,2 μg/L, kar je bistveno pod svetovno določenimi regulatornimi mejami v ZDA, na Kitajskem, v Braziliji, Rusiji in Indiji. Sondo smo testirali tudi v zelenem čaju in dosegli izkoristek 95,4 %.
Druga sonda je bila navdihnjena z medicinskimi aplikacijami, kjer so oksimi pogosto uporabljeni kot protistrupi pri zastrupitvah z organofosfati. Izbrali smo fluorescenčno barvilo z oksimsko funkcionalno skupino, ki v deprotoniranem stanju deluje kot močan nukleofil. Ker bi oksim v vodi tekmoval s hidroksidnimi ioni (ki so potrebni za aktivacijo oksima) za pesticid, smo uporabili nenukleofilno fosfazensko bazo P4 za pospešitev reakcije. Ta pristop nam je omogočil zaznavo klorpirifosa v koncentracijah že od 15,5 μg/L, kar je pod mejami, določenimi v več državah (Indija, Kitajska, Brazilija in Rusija). Metoda je bila dodatno potrjena z uporabo matriksa, ekstrahiranega iz vodovodne vode.
Poleg tega smo razvili senzor na osnovi reduciranega grafenskega oksida za zaznavanje amoniaka. Redukcijo grafenskega oksida smo izvedli s pomočjo nizkotlačne H₂ plazme ter sistematično preučili vpliv časa redukcije na zmogljivost senzorja. Naše ugotovitve so pokazale prehod od kemisorpcije k fizisorpcijsko dominiranemu zaznavanju pri daljših časih redukcije. Optimalni senzor, pridobljen po 20 sekundah obdelave s plazmo, je izkazal najvišjo občutljivost, dosegel 23.9 % pri 100 ppm in 47.1 % pri 1049 ppm, hkrati pa ohranil dobro reverzibilnost. Poleg tega so testi v zraku potrdili zanesljivost senzorja.
Ta študija prikazuje potencial fluorescentnih sond in grafenskih senzorjev pri reševanju izzivov varnosti hrane ter ponuja inovativne pristope za zaznavanje pesticidov in spremljanje kvarjenja hrane.