CN103592337A - 一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于阵列传感器的农药多残留检测方法，该阵列式传感器由一个圆形的电极盘组成，中心位置有对电极和参比电极，外围是工作电极，测试液中测定的是工作电极与对电极之间的阻抗值。该阵列式传感器工作电极使用石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物电极后，将各类农药抗体固定在相应的工作电极表面，与实际的样品接触后，根据各个传感器阻抗值的变化来确定是否有农药超标，并确定农药的种类。本发明的农药残留检测方法可配合农药残留快速检测仪使用，实现农药多残留在线快速检测，具有实用性强、携带方便、检测精度高、检测快速准确、易操作等特点，非常适合对农药残留进行现场快速检测的场合。

Description

一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法
技术领域
本发明涉及一种农药多残留检测仪，尤其涉及一种基于阵列式传感器的农药残留检测仪，其融合了生物传感器检测技术和嵌入式系统设计方法，用于方便、迅速、准确的检测农产品中含有何种农药残留及是否超标。属于农产品安全检测技术领域。
背景技术
现在生产领域中应用的农药种类已经达到100多种，对农业保持丰收增产起到了很大的作用，其已成为重要的一种生产资料。伴随着改革开放的深入进行，在一些常熟地区，农药事业的发展速度变得很快。因农业机械化正在不断推进，农药的大面积使用是不可缺少的。但因农药的不合理的使用，造成了诸多的环境问题，如农田生态系统被破坏等。农药的大量使用，在保证了粮食等农作物大量稳产的同时，也带来了诸多的环境问题。在植物、土壤和水体中残留的农药有两种残存的形式：第一种保持原有的化学结构；第二种以化学转化后的产物或被生物降解产物的形式残存。因此，农药残留问题不容忽视。
目前农药残留分析的主要方法是气相色谱仪、液相色谱仪、气质联用仪、液质联用仪等，这些方法虽然分析精度高，定量准确，但其样品的前处理复杂、检测耗时长、成本高、需要技术熟练的操作人员。我国农药残留的速测方法是酶抑制试纸法和酶抑制分光光度法（农残快速检测仪），可以实现有机磷农药及氨基甲酸酯类农药的现场快速检测，具有较好的实用价值。速测卡是通过肉眼观察卡片的颜色变化，因此一般只能用于严重超标的蔬菜样品进行定性测量。酶抑制分光光度法的应用也比较广泛，国内已有多种农药残留速测仪均是基于此原理。分光光法的原理是基于吸光度的变化进行检测的，但蔬菜水果中大量的色素会对分光光度法造成很大的影响，导致检测结果的不准确。并且上述方法存在回收率低、错检、漏检比例较高、重复性差、难以满足低残留和定量检测的要求等缺点。
发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种基于阵列式传感器的农药残留检测仪，具有携带方便、检测快速准确、操作简单、可实现农药多残留同时检测等特点。
所述的一种基于阵列式传感器的农药残留检测仪其检测原理为：利用抗体与农药之间的特异性免疫反应，以抗体作为识别元件，采用固定化技术在工作电极表面固定不同种类的农药抗体，通过模拟多路开关使阵列式传感器中的一个工作电极与共用的参比电极和对电极接通。通过传感器在测试底液中导致的阻抗变化来确定样品中含有何种农药，并根据不同农药产生阻抗变化的标准曲线，确定样品中的农药的含量。
为达到以上目的，阵列式传感器采取以下技术方案实现：由一个圆形的电极盘组成，中心位置有对电极和参比电极，外围是工作电极，以确保对电极、参比电极与各工作电极的距离相等，使各个工作电极与对电极之间的有相等的阻抗值。在工作电极与参比电极之间加300毫伏的工作电压，测试液中测定的是工作电极与对电极之间的阻抗值。使用模拟多路开关确定哪一路工作电极接通。
为了实现上述目的，本发明提供的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法，工作电极使用纳米材料进行修饰以保证抗体更好的固定到工作电极表面。阵列式电极的修饰采取以下技术方案实现：电极采用2μL石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物滴涂到各工作电极表面。石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物制备方法如下：将0.5g壳聚糖溶于100mL 1.0%的醋酸溶液中，室温下搅拌3h，配成0.5%CS溶液，室温下磁力搅拌1h，使壳聚糖完全溶解；称取4.0mg石墨烯和4.0mg多壁碳纳米管加入10.0mL上述得到的壳聚糖溶液中，在室温下超声分散，直至得到稳定的黑色分散液(石墨烯-多壁碳-壳聚糖纳米复合材料)；再将制备好的10.0mL的纳米金胶加入已混合好的上述溶液中，再在室温下超声分散12h至完全溶解，得到石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物。
为了实现上述目的，本发明提供的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法，阵列式工作电极上抗体的固定方法采取以下技术方案实现：（1）在修饰好的工作电极表面滴涂2μL浓度为100μg/mL蛋白A，然后用pH7.5的磷酸盐缓冲液冲洗，氮气吹干；（2）滴涂2μL浓度为10μg/mL农药抗体，4℃孵育12h；（3）将上述制备好的电极最后浸入2.5%的BSA溶液中室温下静置1h，以封闭电极上非特异性结合位点，室温下晾干，免疫传感器制作完成，保存在4℃条件下备用。
本发明的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法，具体检测过程如下：在使用前将阵列式传感器工作电极表面使用纳米材料进行化学修饰，提高传感器检测的灵敏度，之后在阵列式免疫传感器工作电极表面分别固定不同种类的农药抗体。然后将阵列式免疫传感器放入冰箱中，4°C下保存备用。使用时打开农药多残留检测仪的电源开关，将阵列式传感器放入测试底液中测量初始阻抗值A1，并保存。将免疫传感器放入事先处理好的样品液中孵化10分钟，再将传感器连接至检测仪进行阻抗测量，获取第二次测量的阻抗值A2，微控制器将其送至显示屏显示。计算出变化率，变化率计算公式如下：
变化率=|A1-A2|/A1
如果样品液中含有农药，则含相应农药的工作电极发生特异性免疫反应，导致反应后的相应传感器阻抗值明显增大。A1与A2的差值越大，表明检测溶液中的含有某种农药残留的浓度越高。对比标准曲线得到样品中农药残留的浓度，可以获得实际样品中含有何种农药残留，及是否超标等信息。
本发明提供的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法应用到农产品中的农药残留快速检测领域，可以为检测人员带来极大的便利，能够充分满足农药残留现场快速检测的要求，可实现农药多残留在线快速检测。
具体实施方式
所述的阵列式传感器由一个圆形的电极盘组成，中心位置有对电极和参比电极，外围是工作电极，以确保对电极、参比电极与各工作电极的距离相等，使各个工作电极与对电极之间的有相等的阻抗值。在工作电极与参比电极之间加300毫伏的工作电压，测试液中测定的是工作电极与对电极之间的阻抗值。使用模拟多路开关确定哪一路工作电极接通。
阵列式传感器工作电极的修饰与抗体的固定方法如下：(1)金电极的清洗：金电极修饰前，首先浸入“piranha”溶液(H2O2与浓H2SO4体积比1∶3)中浸泡15min，用水清洗干净，接下来用0.3μm、30nm的Al2O3浆在麂皮上抛光至镜面，抛光后用去离子水洗去除表面污物，再移入超声水浴中清洗，每次5min，重复二次，然后依次用6mol/L的HNO3、无水乙醇和去离子水超声清洗，氮气环境下干燥。(2)石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物的制备：将0.5g壳聚糖溶于100mL 1.0%的醋酸溶液中，室温下搅拌3h，配成0.5% CS溶液，室温下磁力搅拌1h，使壳聚糖完全溶解；称取4.0mg石墨烯和4.0mg多壁碳纳米管加入10.0mL上述得到的壳聚糖溶液中，在室温下超声分散，直至得到稳定的黑色分散液(石墨烯-多壁碳-壳聚糖纳米复合材料)；再将制备好的10.0mL的纳米金胶加入已混合好的上述溶液中，再在室温下超声分散12h至完全溶解，最终得到了石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物。(3)金电极的活化：彻底清洗后，电极在0.5mol/LH2SO4溶液中用循环伏安法活化，扫描范围1.0V～-1.0V，反复扫描直至达到稳定的循环伏安图为止。(4)将2μL石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物修饰到清洗好的裸金电极修饰上，烘干；（5）修饰2μLμg/mL蛋白A，然后用PH=7.5的PBS缓冲液冲洗，氮气吹干；(6)修饰2μL 10μg/mL毒死蜱抗体，4℃孵育12h；(7)将上述制备好的电极最后浸入2.5%的BSA溶液中室温下静置1h，以封闭电极上非特异性结合位点，室温下晾干，免疫传感器制作完成，保存在4℃条件下备用。
本发明的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法，具体检测过程如下：在使用前将阵列式传感器工作电极表面使用纳米材料进行化学修饰，提高传感器检测的灵敏度，之后在阵列式免疫传感器工作电极表面分别固定不同种类的农药抗体。然后将阵列式免疫传感器放入冰箱中，4°C下保存备用。使用时打开农药多残留检测仪的电源开关，将阵列式传感器放入测试底液中测量初始阻抗值A1，并保存。将免疫传感器放入事先处理好的样品液中孵化10分钟，再将传感器连接至检测仪进行阻抗测量，获取第二次测量的阻抗值A2，微控制器将其送至显示屏显示。计算出变化率，变化率计算公式如下：
变化率=|A1-A2|/A1
如果样品液中含有农药，则含相应农药的工作电极发生特异性免疫反应，导致反应后的相应传感器阻抗值明显增大。A1与A2的差值越大，表明检测溶液中的含有某种农药残留的浓度越高。对比标准曲线得到样品中农药残留的浓度，可以获得实际样品中含有何种农药残留，及是否超标等信息。
本发明的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法操作工艺简单，检测时间较短，可实现农药多残留的定性定量测量，具有灵敏度高，稳定性好、重现性好等优点，符合我国农药残留快速检测技术发展和国际化要求。

Claims (3)

1.一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法，其特征所述的阵列式传感器，由一个圆形的电极盘组成，中心位置有对电极和参比电极，外围是工作电极，以确保对电极、参比电极与各工作电极的距离相等，使各个工作电极与对电极之间的有相等的阻抗值；测试底液中测定的是工作电极与对电极之间的阻抗值；在用纳米复合材料修饰的工作电极表面固定不同种类的农药抗体，通过传感器在测试底液中导致的阻抗变化来确定样品中含有何种农药，并根据不同农药产生阻抗变化的标准曲线，确定样品中的农药残留的含量。
2.根据权利要求1所述的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法，阵列式传感器工作电极采用2μL石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物滴涂到各工作电极表面；石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物制备方法如下：将0.5g壳聚糖溶于100mL 1.0%的醋酸溶液中，室温下搅拌3h，配成0.5%CS溶液，室温下磁力搅拌1h，使壳聚糖完全溶解；称取4.0mg石墨烯和4.0mg多壁碳纳米管加入10.0mL上述得到的壳聚糖溶液中，在室温下超声分散，直至得到稳定的黑色分散液(石墨烯-多壁碳-壳聚糖纳米复合材料)；再将制备好的10.0mL的纳米金胶加入已混合好的上述溶液中，再在室温下超声分散12h至完全溶解，得到石墨烯-多壁碳-纳米金胶-壳聚糖纳米复合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于阵列式传感器的农药多残留检测方法，其特征在于其特征在于所述的阵列式传感器的抗体固定方法如下：（1）在修饰好的工作电极表面滴涂2μL浓度为100μg/mL蛋白A，然后用pH7.5的磷酸盐缓冲液冲洗，氮气吹干；（2）滴涂2μL浓度为10μg/mL农药抗体，4℃孵育12h；（3）将上述制备好的电极最后浸入2.5%的BSA溶液中室温下静置1h，以封闭电极上非特异性结合位点，室温下晾干，免疫传感器制作完成，保存在4℃条件下备用。
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