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快速检测重金属离子的酶膜生物传感器及其应用研究

寇冬梅  
【摘要】: 重金属是环境中的一类主要污染物,不能被微生物分解,可在生物体内富集形成毒性更强的化合物。重金属在环境中经历地质和生物双重循环进行迁移转化,最终通过大气、饮水和食物等渠道进入人体,给人体健康造成严重危害,如致癌、致畸和致突变。因此,对重金属的检测,尤其是食品中重金属残留的快速检测成为公众关注的焦点。传统的重金属检测方法有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法和阳极溶出伏安法等,但都存在仪器昂贵、耗时、运行成本高等缺点,难以满足现场快速检测的实际需要。 近年来,酶已被用于测定环境介质(水、土和废弃物)和食品中的痕量有害物质。酶抑制法作为一种快速检测有害物质残留的方法,与传统分析方法相比,克服了分析时间长、仪器昂贵等缺点,具有简便、快捷和成本低廉等优点。它直接利用酶的抑制率大小来表示重金属残留程度的高低,能在较短时间内快速、灵敏地筛选出大量超标样品,从而缩小定量检测范围,将重金属残留量高的果蔬产品阻挡在市场之外,避免中毒事件的发生,达到保护消费者身体健康的目的。 脲酶对重金属具有高度的敏感性,其活性不易受大多数农药和有机化合物的影响,因而常被用来评价环境样品中重金属的毒性。本文将脲酶共价偶联于尼龙网,并覆盖于pH复合电极上,制成了一种基于抑制脲酶的电位型生物传感器,获得了如下研究成果: 1.本研究采用单因素实验,优化了酶的固定化条件。结果表明,在酶浓度为0.8mg/mL,戊二醛浓度为2.5%,固定化时间为2h,温度为28℃时,酶的固定化效果最好。 2.获得了酶传感器的最佳测试条件,即待测液pH为7.0,底物浓度为30 mmol/L,酶促反应平衡时间为4min,测试过程中不搅拌溶液。 3.考察了该传感器的响应性能。以重金属离子Hg~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)为检测对象,分别抑制10、10、20min,可检测出浓度大于9μg/L、8μg/L和30μg/L的Hg~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)。Zn~(2+)、Ni~(2+)和Mn~(2+)等重金属离子会对生物传感器的测定产生干扰影响,可利用掩蔽剂消除影响。该传感器稳定性好、重现性高和精密度高,经0.1mmol/L的EDTA再生后,可重复使用数次。 4.Hg~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)分别在0.01-1.00μg/mL,0.01-1.00μg/mL和0.10-10.00μg/mL的浓度范围内,抑制率与重金属离子浓度的负对数线性相关,获得的相关系数均大于0.99。将酶传感器法与原子吸收法比较,两者无显著性差异(t=1.57)。采用酶传感器法检测一个样品,测试时间大约为30min,若同时检测多个样品,时间可大大缩短。 经研究表明,本方法可作为检测环境中重金属离子残留的一种快速、灵敏和可靠的方法,能够初筛选出被重金属污染的食品,有望在实际检测中扩大应用。


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