基于纳米多孔电极快速检测农药残留的酶生物传感器研究

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有机磷类(OPs)和氨基甲酸酯类(CBs)农药是两类高效的化学杀虫剂,被广泛应用于蔬菜、瓜果等农作物病虫害的预防与治理,但由于此两类杀虫剂的滥用、乱用,导致许多农作物中农药残留量超标,严重威胁人类的安全。鉴于OPs和CBs农药对乙酰胆碱酯酶(AChE)具有特殊的抑制作用,研究AChE生物电化学传感器以实现高效、快速、准确、便捷地检测农药残留量具有重要意义。基于本课题组创新性提出的纳米多孔电化学传感器制备的思路,本论文拟应用纳米多孔碳糊电极构建AChE传感器检测农药残留。在创建AChE生物电化学传感器的过程中,对以纳米碳酸钙(CaCO3)微球为模版的纳米多孔电极进行了制备及条件优化的探讨;采用纳米金作为信号放大元;对酶的固定进行了研究并优化了实验参数;系统地探讨了所制备的以纳米多孔电极为基体电极的酶生物电化学传感器对碘化乙酰硫代胆碱(ATChI)的电化学行为;并将制备好的AChE生物电化学传感器用于OPs及CBs农药残留的检测,效果显著。本论文主要研究内容如下:1.纳米多孔碳糊电极的制备及其电化学行为。以石墨粉为填料,吡咯为前驱体,纳米CaCO3微球为模板直接诱导合成,制备出一种高灵敏度的纳米多孔碳糊电极,讨论了石墨粉与纳米CaCO3微球质量比对电极性能的影响。结果表明,以粒径为6080 nm的CaCO3微球为模板,当纳米CaCO3微球与石墨粉的质量比为1:1.5时,纳米多孔碳糊电极的比表面积可高达923.5 m2/g。以循环伏安法(CV)和交流阻抗(EIS)研究其电化学行为,结果表明,纳米多孔碳糊电极较纯碳糊电极电化学性能好,灵敏度高,稳定性和重现性好。在电化学分析与检测方面有着非常重要的意义。2.AChE修饰的纳米多孔生物电化学传感器的构建及其电化学行为。以壳聚糖(CS)为交联剂,Nafion-甲醇溶液为保护剂,金纳米粒子(GNPs)为信号放大元,以上述自制的纳米多孔碳糊电极为基体电极构建一种新型的AChE修饰的纳米多孔生物电化学传感器,并以碘化乙酰碘代胆碱(ATChI)为底物,研究了该电极的电化学行为。实验结果表明,在1.0×10-41.0×10-7 M范围内,其线性方程为y=1.2178x+13.7429,线性相关系数R=0.998,检测限为1.0×10-8 M。实验结果表明,该传感器具有灵敏度高,稳定性及重复性好,抗干扰能力强,电流强度大等优良性能,且其制备过程简单、方便、污染小,具有很好的实用价值。3.AChE纳米多孔生物电化学传感器应用于OPs及CBs农药残留检测。将上述制备的传感器应用于甲基对硫磷、西维因、马拉松的检测。实验结果表明:检测甲基对硫磷的线性范围为1.0×10-81.0×10-(14)g/mL,检测限为5.0×10-(15) g/mL;检测马拉松线性浓度在1.0×10-(10)1.0×10-(13) g/mL范围内,检测限为5.0×10-(13) g/mL;西维因的浓度在1.0×10-75.0×10-(10) mg/mL和1.0×10-(10)1.0×10-(13) mg/mL范围内,检测限为5.0×10-(14) mg/mL。该传感器应用于农药检测的线性范围宽、检测限低,为进一步现场检测OPs及CBs农药残留提供了新的思路与方法。
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