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电化学传感器在有机磷农药检测中的应用

周世红-会员头像-www.bzwz.com伟业计量
周世红 2021-05-19 16:24 评论( 0 ) 浏览( 836 )

在检测有机磷农药的电化学抑制型酶传感器中,一般以乙酰胆碱作为底物。其检测原理为:乙酰胆碱可以在胆碱酯酶的催化下生成电化学活性物质,该活性物质在特定电位下发生氧化还原反应,可以得到一个电化学信号。当有机磷农药存在时,有机磷农药中的磷酸基团可以将胆碱酯酶中的活性基团快速磷酸化,抑制了胆碱酯酶的催化活性,电化学信号减小。酶受到的抑制程度与有机磷农药的浓度呈正相关,可以通过电化学信号的变化间接测出来。

在电化学酶传感器中,目前常用的胆碱酯酶有乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶两种。丁酰胆碱酯酶的稳定性高,但其对有机磷农药的灵敏度较差;乙酰胆碱酯酶的灵敏度较高,但是易受到重金属离子的干扰,通过对生物传感器的设计和修饰可以减小该影响。因此,乙酰胆碱酯酶较常应用于检测有机磷农药的电化学抑制型酶传感器中。

目前,有机磷农药的检测主要应用于食品安全领域及环境监测领域,对于检测限的要求较高,单单把胆酰酯酶固定在电极上已不能满足有机磷农药检测的实际需要,一系列信号放大技术也应运而生。纳米材料、量子点等新型材料也常常用于电化学抑制型酶传感器的构建。WANG等将钯纳米线-氮掺杂石墨烯复合材料作为基质,修饰玻碳电极,所制备的复合材料具有良好的导电性和生物相容性,且具有较大的比表面积,增加了底物与酶的附着位点,成功放大了硫代乙酰胆碱的氧化电流,改善了传感器的灵敏度,从而实现了农药乙基对氧磷的灵敏检测,并成功检测出实际样品白菜中的乙基对氧磷含量。CHEN等制备了多壁碳纳米管/邻苯二甲酸酯复合材料修饰的丝网印刷电极,该复合电极对硫代乙酰胆碱的氧化具有催化作用,放大其氧化的电化学信号并可以降低检测时的电位窗口,减小干扰。同时所制备的复合膜修饰电极对乙酰胆碱酯酶具有良好的亲和性,增加了传感器的稳定性。所制备传感器对农药毒死蜱的检测限低达0.05μg/L,可成功应用于蔬菜样品中低浓度农药的检测。

乙酰胆碱酯酶的稳定性较差,也有一些科学家致力于合成生物相容性较好的材料用以提升传感器的稳定性。金属氧化物对乙酰胆碱酶的催化反应具有辅助作用,常和石墨烯、碳纳米管、贵金属粒子等导电性较好的材料复合使用,但这些材料复合后生物相容性会较差,不利于酶的附着。基于此,HU等制备了二氧化钛-壳聚糖溶胶-凝胶复合物用于修饰电极,二氧化钛及壳聚糖都具有较好的生物相容性,且该溶胶-凝胶中存在较多的孔隙,更有利于酶的附着和电子的转移,提高了传感器的稳定性。该传感器对敌敌畏的检测限低达0.23nmol/L,并成功应用于蔬菜汁中敌敌畏浓度的微量检测。
电化学酶抑制型传感器具有响应速度快、灵敏度高、线性范围宽、检出限高等优点,且其发展较早,技术较成熟。但孵育时间长、易受重金属及其他氨基甲酸酯类农药的干扰,特异性低等缺点限制了这类传感器的实际应用,虽有学者致力于改善这些问题并取得了一定成效,但酶本身稳定性较差,外界环境对于酶的活性影响较大,传感器的设计和构建受局限,一定程度上也限制了电化学酶抑制型传感器在有机磷农药检测中的应用。

相关链接:乙酰胆碱酯酶二氧化钛邻苯二甲酸酯丁酰胆碱酯酶

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