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用于有机磷农药检测的电化学传感器的制备及性能研究

姜彬  
【摘要】: 有机磷农药是目前广泛使用的农药,它能与体内的乙酰胆碱酯酶(AChE)结合形成磷酰化乙酰胆碱酯酶,使AChE失去活性,导致神经功能的严重伤害,甚至死亡。因此,对于有机磷农药的快速检测一直是分析化学领域的重要研究课题,也是分析工作者面临的巨大挑战。目前广泛使用的气相色谱/质谱联用技术(GC/MS)和高效液相色谱(HPLC)技术,尽管能比较准确地检测农药的残留量,但这些方法操作繁琐,样品常要进行预处理,且分析所需仪器大都昂贵笨重,须由专业人员操作,不能满足现场快速检测的需要。因此,建立快速、可靠、灵敏和实用的有机磷农药监测/检测的分析器件和方法,对于环境保护和食品安全等具有重要的现实意义。生物传感器因为具有高灵敏度、选择性好、响应快、操作简便、样品需要量少、可微型化、价格低廉、可以实现连续现场检测等特点,完全可以满足检测要求,其研究也越来越受到人们的重视。多年来对于有机磷农药残留检测的生物传感器的研究大多集中在AChE电化学生物传感器上。但是,目前的AChE电化学生物传感器还存在着稳定性不高,检测灵敏度达不到检测要求以及可重复性差等缺点。 纳米材料具有比表面积大、表面自由能高、吸附能力强、能与生物分子的某些特定基团定向结合等特性,将纳米材料引入电化学生物传感器中,可以大大提高电化学生物传感器的灵敏度和再现性等,使得纳米组装电化学生物传感器成为新一代电化学生物传感器研究的热点。 本文针对AChE电化学生物传感器所存在的问题,分别采用单壁碳纳米管和纳米金粒子为原料,制备了两种新型的电化学生物传感器:将单壁碳纳米管(SWNTs)和PDDA两者固定于玻碳电极表面,将乙酰胆碱酯酶(AChE)通过层层自组装技术修饰上组装成AChE/PDDA-SWNTs薄膜;以纳米金(AuNP)与高分子DAR构成复合固酶基质膜,并用层层自组装技术固定乙酰胆碱酯酶(AChE)于复合固酶基质膜修饰的玻碳电极表面,制备成了一种新型稳定的AChE/DAR/AuNP/DAR纳米生物薄膜。 研究表明这两种薄膜都具有很好的电流响应性。因此我们将这两种纳米复合膜修饰在电极的表面,制备出两种新型电化学生物传感器AChE/PDDA-SWNTs/GCE电化学生物传感器和AChE/DAR/AuNP/DAR/GCE电化学生物传感器,并研究了这两种电化学传感器的电化学行为,建立了测定有机磷农药-对氧磷的计时电流法。实验结果表明:当SWNTs作为修饰电极薄膜材料时,能有效地降低硫代胆碱的过电位,增大酶电极的响应电流,提高检测的灵敏度,且该修饰电极在最佳的条件下对对氧磷进行检测的线性响应范围为10~(-6)-10~(-10)g/L,检出限可达10~(-12)g/L。AChE/DAR/AuNP/DAR/GC E电化学生物传感器相对于其他制备方式,则减少了电极的预处理,简化了制备工艺,并利用纳米金的高分散性、导电性,增大了酶电极的响应电流,提高了检测的灵敏度,其最佳的实验条件为交联时间30s、DAR/AuNP双层层数为1层、pH值为7.5、AChE层数为2层(10U)、2 mM氯化乙酰硫代胆碱(ATCl)溶液,适合于微量有机磷农药的定量检测。而且该电化学生物传感器的平均相对偏差仅为3.71%,具有重现性及稳定性好等优点。


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