基于碳基复合材料的酶传感器用于有机磷农药的检测方法研究

发布时间：2017-11-21 13:03

  本文关键词：基于碳基复合材料的酶传感器用于有机磷农药的检测方法研究

  更多相关文章： 有机磷农药 AChE生物传感器 多孔碳 [BSmim]HSO4-AuNPs-多孔碳 氮掺杂多孔碳

【摘要】：有机磷农药(OPs)因其高杀虫性被广泛应用于农业生产中,增加了农作物的产量,给社会带来了一定的经济效益。但是,随着OPs的过度使用,OPs在水、土壤及食物原材料中的残留给生态环境和食品安全带来了危害。因此,建立一种快速、灵敏度高的农药残留检测方法至关重要。电化学方法具有成本低、操作简单、快速、易于现场检测等特点,成为快速检测农药残留的一种新途径。本实验结合碳基复合材料具有高的导电性、良好的生物相容性及较大的比表面积等优点,分别制备了多孔碳材料、离子液体1-(4-磺酸基丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐)-纳米金-多孔碳([BSmim]HSO_4-AuNPs-多孔碳)材料以及氮掺杂多孔碳材料,用于构建乙酰胆碱酯酶(AChE)传感器,进行OPs的检测研究。主要内容如下:1、为了提高检测灵敏度,制备多孔碳材料作为AChE的固定载体,以硼掺杂金刚石(BDD)电极为工作电极,构建AChE/多孔碳/BDD传感器,进行敌敌畏的检测研究。不同电极在底物氯化乙酰胆碱(ATCl)溶液中的差分脉冲扫描结果得出,AChE/多孔碳/BDD电极比AChE/BDD电极的电流值提高了37.97%,说明多孔碳具有良好催化性能和导电性。对该传感器的固定方式和干燥条件分别进行了优化。研究了敌敌畏在AChE/多孔碳/BDD电极上的电化学行为,实验结果显示,在1.00×10-9~1.00×10-5 g/L的范围内,敌敌畏浓度负对数与抑制率呈良好的线性关系,检出限为6.18×10-10 g/L(按抑制率10%计算)。2、为了解决多孔碳单分散性差、水溶性差等问题,以及提高检测灵敏度,将[BSmim]HSO_4与AuNPs引入到多孔碳表面,制备AChE/[BSmim]HSO_4-AuNPs-多孔碳/BDD传感器,进行相关研究。比较不同电极在铁氰化钾溶液中交流阻抗行为,得到多孔碳/BDD电极、AuNPs-多孔碳/BDD电极和[BSmim]HSO_4-AuNPs-多孔碳/BDD电极的电阻分别为483Ω、320Ω和250Ω,说明[BSmim]HSO_4-AuNPs-多孔碳复合材料减小了界面阻力,加快了电子的转移速率。对不同实验参数进行优化,得到最佳pH为7.5,最优载体量为6.00μL,最适酶量为0.25 U。用该传感器检测敌敌畏,得出线性范围1.00×10-10~1.00×10-6 g/L,检出限为6.61×10-11 g/L。用标准加入法检测生菜样品中敌敌畏,平均回收率在80.8%~93.1%之间。将该传感器放置在4℃的冰箱内30天后,传感器的电流响应仍保持第一天水平的95.83%。3、为了提高多孔碳的表面亲水性,改善其电子传输速率,以离子液体1-丁基-三甲基咪唑二氰胺盐(BMIMdca)为前驱体,通过掺杂氮元素对多孔碳进行功能化,制备氮掺杂多孔碳材料,用于构建AChE/氮掺杂多孔碳/BDD传感器。固定在氮掺杂多孔碳/BDD电极上的AChE具有良好的酶动力学响应,其表现为米氏常数为0.177 mmol/L。在最优实验条件下,敌敌畏与杀螟硫磷在1.00×10-10~1.00×10-5 g/L的线性范围内,检出限分别为1.50×10-12 g/L和4.42×10-12 g/L。对实际样品中的敌敌畏、杀螟硫磷进行检测,得到样品平均回收率分别在96.13%~100.06%和90.84%~107.41%之间。该传感器具有良好的重复性、重现性、稳定性和再生性,以及可接受的抗干扰能力。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212;TQ450.263

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