CN101685079B - 一种有机磷农药的检测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉有机磷农药检测，具体是一种有机磷农药的检测方法及其装置。具体将离子选择性电极插入测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生对照信号；再将电极插入盛有丁酰胆碱酯酶和标准农药的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生标准信号；再以标准信号和对照信号的电位差得标准曲线；最后将电极插入盛有丁酰胆碱酯酶和待测样品的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生样品信号；通过电位差即得待测有机磷农药的浓度。装置为：电极内盛有丁酰胆碱内充液，内参比电极插入其中，电极底部黏附聚合物敏感膜。本发明电极内充液能不断渗出，在电极表面原位产生酶的底物，无需手工加入底物，操作简便，避免误差。
Description
技术领域
本发明涉有机磷农药检测，具体地说是一种有机磷农药的检测方法及其装置。
背景技术
根据有机磷农药的化学特性和毒理学性质，目前有机磷农药检测的分析方法主要有三大类，即波谱法、色谱法和酶抑制法。波谱法需要特殊的显色剂，灵敏度不高，试验干扰因素多，易出现假阴性。色谱法存在监测速度慢、连续性差、分析成本高、二次污染和无法在线监测等缺陷。酶抑制法最大的优点是操作简便，速度快，不需昂贵的仪器，特别适合现场检测以及大批样品的筛选检测，易于推广普及。然而一方面识别元件—固定化酶或酶柱的制备比较繁琐，另一方面制备过程中酶的活性容易损失。而对于长期干燥条件下保存的酶电极条，在使用前需经过预活化。此外在实际测量过程都需要人工加入胆碱酯酶底物，操作比较繁琐。
发明内容
本发明的目的在于针对上述不足之处提供一种有机磷农药的检测方法及其装置。
本发明另一目的在于提供一种实现上述检测的离子选择性电极。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
有机磷农药的检测方法：
a.将离子选择性电极插入盛有丁酰胆碱酯酶的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生对照信号；所述离子选择性电极内插有内参比电极，同时1-10-6mol/L的丁酰胆碱内充液注入离子选择性电极内，并且底部黏附聚合物敏感膜；
b.将离子选择性电极插入盛有丁酰胆碱酯酶和标准农药溶液的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生标准信号；
c.根据标准信号和对照信号的电位差绘制标准曲线；
d.将离子选择性电极插入盛有丁酰胆碱酯酶和待测样品的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物产生样品信号；通过电位差可即可得到待测样有机磷农药的浓度。
所述离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜为：聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和阳离子交换剂按重量份数比为20-40：40-80：0.1-10：0.1-10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置12-24h，即得到有弹性的聚合物敏感膜；所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶、溶胶凝胶膜；增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯，癸二酸二辛酯；离子载体为2，3，6，-三甲基环糊精(β-CD)；阳离子交换剂为四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠。
将所述聚合物敏感膜用打孔器取直径0.6-1.0cm的聚合物敏感膜，而后用四氢呋喃溶液将其黏附于电极头上。
检测装置：内参比电极1插入离子选择性电极4内，离子选择性电极4盛有内充液2，离子选择性电极4底部设有聚合物敏感膜3。另外，离子选择性电极4还可与控制电流仪6相连对其施加外电流，此时离子选择性电极4作为正电极，负电极为饱和甘汞电极5。
所述离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜为：聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和阳离子交换剂按重量份数比为20-40：40-80：0.1-10：0.1-10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置12-24h，即得到有弹性的聚合物敏感膜；所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶、溶胶凝胶膜；增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯，癸二酸二辛酯；离子载体为2，3，6，-三甲基环糊精(β-CD)；阳离子交换剂为四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠。
作用原理：测定过程中电极内充液中的丁酰胆碱能够不断从膜相向样品溶液渗出，即原位产生底物，避免了底物的人工加入。此外电极能够同时测量相应的电位响应。紫外光谱图也进一步表明丁酰胆碱能够不断的从电极膜相渗出。
本发明的优点在于：
1.本发明电极内充液(酶的底物丁酰胆碱)能够不断从电极内部渗出，在电极表面原位产生酶的底物，无需手工加入底物，操作简便，避免误差。
2.本发明电极内充液渗出的丁酰胆碱能够同时在电极上产生响应。电极插入酶溶液以后，催化电极表面的丁酰胆碱，由于电极表面的丁酰胆碱的量的变少，电极电位降低，实现电位的同时测量，是一种无试剂化酶活性的测定方法。在测量过程中，电极直接插入胆碱酯酶溶液，避免在固定化酶或酶柱过程中酶活性的丧失。亦可以通过调节内充液以及膜的材料和厚度或者通过施加穿过电极膜的电流如给电极加外电压等实现电极界面底物浓度的控制，实现农药的检测进而可以控制测定的线性范围和灵敏度，提高其灵敏度。
3.本发明电极制备简单，易于小型化和自动化。并且对本发明电极测定对胆碱(酶催化底物产生)和Na+离子选择性系数分别为-2.54(±0.04)和-5.93(±0.05)。电极在10-1-10-6mol/L的丁酰胆碱溶液中有较好的能斯特响应，斜率为55mV，检出限可达10-7mol/L。
附图说明
图1为本发明电极的示意图(其中1为内参比电极，2为内充液，3为聚合物敏感膜，4离子选择性电极)。
图2为本发明电极的示意图(其中1为内参比电极，2为内充液，3为聚合物敏感膜，4离子选择性电极，5为饱和甘汞电极)。
图3为本发明电极在不同浓度丁酰胆碱内充液的电极响应图。
图4为本发明电极测定不同浓度丁酰胆碱酯酶的标准信号响应曲线。
图5为本发明电极测定不同浓度丁酰胆碱酯酶的标准工作曲线。
图6为本发明电极测定不同浓度的对硫磷产生的电位差值显示图。
图7为本发明电极连接控制电流仪器施加电流示意图(其中4离子选择性电极，5为饱和甘汞电极，6为控制电流仪)。
具体实施方式
实施例1
以本电极测试水中有机磷农药-对硫磷为例。其测定步骤如下：
a.以离子选择性电极作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，PXSJ-216L离子计测定电位值；离子选择性电极4、饱和甘汞电极5与PXSJ-216L离子计相连(参见图2)。将离子选择性插入盛有0.03U/mL的丁酰胆碱酯酶的测量池中，以电极检测时内充液中渗出的丁酰胆碱作为底物，记录八分钟时的电位值，测定电位值-130.1mV，记录电极电位值作为对照信号。所述离子选择性电极4(参见图1)内插有Ag-AgC1内参比电极1，同时将0.01mo l/L的丁酰胆碱内充液2注入离子选择性电极4内，并且底部黏附聚合物敏感膜3；电极初次使用前需在0.01mol/L的丁酰胆碱溶液中活化12h，即可用于分析测定，所述0.03U/mL的丁酰胆碱酯酶需在10mLpH＝7.40.02mol/L的磷酸盐缓冲溶液下存在。
电极的制备为：取180mg1％2，3，6，-三甲基环糊精，1％四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，33％聚氯乙烯，65％邻-硝基苯辛醚，融入到2ml四氢呋喃溶液中，室温下在平底小烧杯(直径2.6cm)中放置12h即得到有弹性的聚合物敏感膜，厚度为200um。将所述敏感膜用打孔器取直径0.6-0.8cm的敏感膜。制备的聚合物敏感膜通过四氢呋喃黏附于离子选择性电极4外壁底部。
b.将离子选择性电极插入盛有0.03U/mL的丁酰胆碱酯酶和已知准确浓度的对硫磷的标准溶液的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生标准信号；所述0.03U/mL的丁酰胆碱酯酶需在10mLpH＝7.40.02mo l/L的磷酸盐缓冲溶液下存在。
c.根据标准信号和对照信号的电位差绘制标准曲线(如图6)；
d.将离子选择性电极插入盛有0.03U/mL的丁酰胆碱酯酶和待测样品的测量池中，以电极检测时内充液中渗出的丁酰胆碱作为底物，产生样品信号；通过电位差可即可得到待测样机磷农药-对硫磷的浓度。所述待测样品为不同浓度的机磷农药-对硫磷，所述0.03U/mL的丁酰胆碱酯酶需在10mLpH＝7.40.02mol/L的磷酸盐缓冲溶液下存在。
检测装置：离子选择性电极4(参见图1)内插有Ag-AgC1内参比电极1，同时0.01mol/L的丁酰胆碱2内充液注入离子选择性电极4内，并且底部黏附聚合物敏感膜3，离子选择性电极作4工作电极为正极，饱和甘汞电极为参比电极为负极，正极与负极通过导线与PXSJ-216L离子计相连(参见图2)。
电极性能的测试：测定电极对胆碱和Na+离子选择性系数分别为-2.54(±0.04)和-5.93(±0.05)。电极在10-1-10-6mol/L的丁酰胆碱溶液中有较好的能斯特响应，斜率为55mV，检出限可达10-7mol/L。
实施例2
首先取自来水配置了两个加标试样，浓度为0.5ng/ml和2ng/ml，依照上述步骤b和c测定里电位差，对照标准工作曲线(如图6)计算出相应的浓度，测定的加标回收率分别为101％和98％；其中内充液丁酰胆碱为10-6mol/L。
实施例3
a.以离子选择性电极作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，PXSJ-216L离子计测定电位值。将离子选择性电极插入盛有10mLpH＝7.40.02mol/L磷酸盐缓冲溶液的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，待平缓后测量八分钟时的电位，得到的电位值为-122.3mV；其中内充液丁酰胆碱为10-4mol/L。
b.将离子选择性电极插入盛有10mLpH＝7.40.02mol/L磷酸盐缓冲溶液和0.06U/mL的丁酰胆碱酯酶准溶液的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，待稳定后八分钟时产生的电位为-133.7mV，电极在不同浓度的丁酰胆碱酯酶产生不同的电位降，以电位差对浓度做出标准工作曲线(参见图4、5)。
c.将酶电极插入盛有10mLpH＝7.40.02mol/L磷酸盐缓冲溶液和未知浓度的酶的溶液待测样品的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生样品信号；通过电极产生相应的电位响应电位差为9.73mv，通过标准工作曲线可以确定酶的活性浓度为0.046U。
同时将该未知浓度的酶的溶液待测样品同紫外可见光谱在277nm处测得的浓度为0.045U，基本一致，误差为1.7％。
所述离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜为：聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和阳离子交换剂聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、二-2-乙基己基癸酯、2，3，6，-三甲基环糊精(β-CD)和四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，按重量份数比为20：40：0.1：0.1混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置24h，即得到有弹性的聚合物敏感膜；将所述敏感膜用打孔器取直径0.7-0.9cm的敏感膜。制备的聚合物敏感膜通过四氢呋喃黏附于离子选择性电极4外壁底部。
实施例4
采用本发明电极测定不同浓度丁酰胆碱内充液的电极响应；
a.以离子选择性电极作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，PXSJ-216L离子计测定电位值。将0.1mol/L的丁酰胆碱内充液注入离子选择性电极4内，通过测定电极在磷酸盐缓冲溶液和丁酰胆碱溶液中电位响应，可确定底物的渗出量(参见图3)。
b.以离子选择性电极作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，PXSJ-216L离子计测定电位值。将0.0001mol/L的丁酰胆碱内充液注入离子选择性电极4内，通过测定电极在磷酸盐缓冲溶液和丁酰胆碱溶液中电位响应，可确定底物的渗出量(参见图3)。
所述离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜为：聚丙烯酸丁酯、癸二酸二丁酯、2，3，6，-三甲基环糊精(β-CD)和四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，按重量份数比为40：80：10：10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置20h，即得到有弹性的聚合物敏感膜；
实施例5
将本发明电极通过施加外电流，进而对其实现电极界面底物浓度的控制：
离子选择性电极4为正极，饱和甘汞电极5为负极，将两者连接到提供电流控制的仪器6如CHI660电化学工作站，利用多电流阶跃的技术设定，第一次阶跃时间为10秒，电流为0.08uA，第二次阶跃时间为10秒，电流为0.05uA。测定在电极在磷酸盐缓冲溶液和丁酰胆碱溶液中电位响应，可确定底物的渗出量(如图7)。
所述离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜为：聚醚酰亚胺、癸二酸二辛酯、2，3，6，-三甲基环糊精(β-CD)和四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，按重量份数比为30：60：5：5混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置16h，即得到有弹性的聚合物敏感膜。
实施例6
所述离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜为：橡胶、邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、2，3，6，-三甲基环糊精(β-CD)和四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，按重量份数比为25：55：0.8：1混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置22h，即得到有弹性的聚合物敏感膜。
实施例7
所述离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜为：溶胶凝胶膜、二-2-乙基己基癸酯、2，3，6，-三甲基环糊精(β-CD)和四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，按重量份数比为35：70：4：0.6混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置18h，即得到有弹性的聚合物敏感膜；。
Claims (4)
1.一种有机磷农药的检测方法，其特征在于：a.将离子选择性电极插入盛有丁酰胆碱酯酶的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生对照信号；所述离子选择性电极内插有内参比电极，同时1-10-6mo1/L的丁酰胆碱内充液注入离子选择性电极内，并且底部黏附聚合物敏感膜；
b.将离子选择性电极插入盛有丁酰胆碱酯酶和标准农药溶液的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物，产生标准信号；
c.根据标准信号和对照信号的电位差绘制标准曲线；
d.将离子选择性电极插入盛有丁酰胆碱酯酶和待测样品的测量池中，以电极检测时渗出的内充液作为底物产生样品信号；通过电位差即得到待测样有机磷农药的浓度；
所述离子选择性电极底部黏附聚合物敏感膜为：聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和阳离子交换剂按重量份数比为20-40∶40-80∶0.1-10∶0.1-10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置12-24h，即得到有弹性的聚合物敏感膜；所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶、溶胶凝胶膜；增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、癸二酸二丁酯，癸二酸二辛酯；离子载体为2，3，6，-三甲基环糊精；阳离子交换剂为四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠。
2.按权利要求1所述的有机磷农药的检测方法，其特征在于：将所述聚合物敏感膜用打孔器取直径0.6-1.0cm的聚合物敏感膜，而后用四氢呋喃溶液将其黏附于电极底部。
3.一种按权利要求1所述的有机磷农药的检测方法的专用装置，其特征在于：内参比电极(1)插入离子选择性电极(4)内，离子选择性电极(4)盛有内充液(2)，离子选择性电极(4)底部设有聚合物敏感膜(3)；所述离子选择性电极底部黏附聚合物敏感膜为：聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和阳离子交换剂按重量份数比为20-40∶40-80∶0.1-10∶0.1-10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均匀溶液，混均后在室温下放置12-24h，即得到有弹性的聚合物敏感膜；所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶、溶胶凝胶膜；增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、癸二酸二丁酯，癸二酸二辛酯；离子载体为2，3，6，-三甲基环糊精；阳离子交换剂为四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠。
4.按权利要求3所述的有机磷农药的检测方法的专用装置，其特征在于：离子选择性电极(4)还与控制电流仪(6)相连施加。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: YANTAI INSTITUTE OF COASTAL ZONE RESEARCH, CHINESE Free format text: FORMER OWNER: YANTAI HAIANDAI SUSTAINABLE DEVELOPMENT INSTITUTE Effective date: 20120821 |
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Effective date of registration: 20120821 Address after: 264003 No. 26, Yinhai Road, Yantai, Shandong Applicant after: Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences Address before: 264003 No. 26, Yinhai Road, Yantai, Shandong Applicant before: Yantai Haiandai Sustainable Development Institute |
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