CN106198506B - 检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高灵敏度快速检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器及其制备和应用。其方法的原理是二硫代氨基甲酸酯类农药的特征基团C＝S与指示剂之间在常温下快速发生氧化还原反应，使指示剂产生颜色变化，因此在多种农药共存的情况下具有较高的选择性。且指示剂颜色变化与农药浓度之间具有良好的线性关系。通过将指示剂固载于多孔材料上，低浓度的农药可以利用富集方式不断与指示剂发生发应，从而大大提升检测灵敏度。对于棉隆和代森锌两种农药的检出限均能够满足国内国际标准规定检出的二硫代氨基甲酸酯类农药的最大残留量，适用于该类农药的现场快速检测。

Description

检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器
技术领域
本发明属于二硫代氨基甲酸酯类物质检测技术领域。具体涉及一种用于高灵敏度快速检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器，即一种通过富集比色方法快速、高灵敏度检测氨基甲酸酯类农药的方法。
背景技术
二硫代氨基甲酸酯类农药主要包括棉隆、威百亩等杀虫剂和代森类、福美类杀菌剂。该类农药因具有高效、低毒、广谱且价格低廉等特点，目前已成为世界上农药使用的主导产品。其中代森类、福美类杀菌剂可用于防治70余种作物的400多种病原体，被广泛用于粮食、蔬菜、果木、烟草等的病虫害防治中。
然而，随着二硫代氨基甲酸酯类农药的大量使用，人们发现该类农药会对哺乳动物皮肤和呼吸器官产生中度刺激，表现为发痒、咽喉痛、气管发炎等症状。此外，其在有机体内能够代谢出具有致癌、致畸和致突变效应的产物乙撑硫脲，该化合物能够对人体甲状腺产生长效毒性效应。因此，国内国际均对二硫代氨基甲酸酯类农药的施用以及残留进行了限制。例如，欧盟规定茶叶中棉隆的最大残留量为0.1 mg/Kg；我国规定马铃薯中的代森锌含量不得超过0.5 mg/Kg。
目前，对于二硫代氨基甲酸酯类农药的检测方法主要包括气相色谱法、液相色谱法和分光光度法等。其中，气相色谱法和液相色谱法准确性较高，但仪器价格昂贵、费力耗时、检测成本高、难以实现现场快速检测。分光光度法通常基于二硫代氨基甲酸酯类农药在酸性加热条件下分解成刺激性气体二硫化碳，再对二硫化碳进行检测，该方法操作步骤繁琐，灵敏度低，且方法的精确度和重复性较差。因此，亟需发展一种快速、高灵敏度检测二硫代氨基甲酸酯类农药的方法，以满足人们对食品安全检验的基本需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高灵敏度快速检测二硫代氨基甲酸酯类农药的方法。本发明中将指示剂固载于多孔材料上，利用指示剂与二硫代氨基甲酸酯类农药在常温下快速地氧化还原反应，并通过富集方式实现高灵敏度检测该类农药。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器，所述传感器通过将指示剂固载于多孔材料上制备得到，所述多孔材料为多孔滤纸、硝酸-醋酸混合纤维树脂膜、聚偏氟乙烯膜或聚四氟乙烯膜，其特征在于：所述指示剂为二元体系的氧化还原指示剂，包括新亚铜试剂与Cu(II)混合物、新亚铜试剂与Ag(I)混合物、2 ,2’-联吡啶与Zn(II)混合物、2 ,2’-联吡啶与Fe(III)混合物、1 ,10-菲罗啉与Zn(II)混合物、1 ,10-菲罗啉与Fe(III)混合物中的一种或二种以上；使用硅胶溶胶凝胶溶液固载所述指示剂，其中：
所述硅胶溶胶凝胶溶液的制备方法如下：将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、非离子型表面活性剂和水以1：4：2：0.8：0.5：0.02：0.7体积比混合，40－70℃搅拌水解1－8小时，得硅胶溶胶凝胶溶液；所述非离子型表面活性剂包括吐温20、司班60、曲拉通X-100、司班80中的一种或二种以上；所述催化剂为0 .1－1M的盐酸、醋酸、硫酸和硝酸中的一种或二种以上；所述有机溶剂为三氯甲烷或甲苯。
所述硅氧烷试剂包括：四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛烷三乙氧基硅烷、( 3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、( 3-氨丙基)三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、( 3-氯丙基)三甲氧基硅烷中的一种或二种以上。
所述二硫代氨基甲酸酯类农药包括棉隆、威百亩、福美双、福美锌、福美铁、代森锌、双代森锌、甲基代森锌、代森锰、代森锰锌、代森钠、代森锰铜、代森联中的一种或二种以上。
所述的农药检测过程如下：将0.1－5 g/L的二硫代氨基甲酸酯类农药储备液经pH=7的醋酸铵缓冲溶液稀释至0.1－5 mg/L，取5－50 µL滴到传感器上，固载的指示剂能够与农药在常温下快速反应从而发生颜色变化，多余的溶液透过多孔材料，被垫入传感器下方的吸水滤纸吸收；在不断地滴加农药缓冲液的过程中，利用吸水滤纸的毛细效应可以实现农药的富集，从而使得颜色变化增大，提高检测灵敏度；在样品测试过程后，提取传感器反应前后的图像，选定均一的特定区域，求得其对应的色彩平均RGB值，将直观的图像数字化，并进行差减；通过颜色变化值与浓度梯度构建二硫代氨基甲酸酯类农药的标准浓度曲线。
本发明具有如下优点:
1.区别于传统比色法通过将二硫代氨基甲酸酯类农药在酸性条件下加热分解生成有毒气体CS2来进行检测，本方法利用二硫代氨基甲酸酯类农药的特征基团C=S与指示剂之间发生氧化还原反应产生颜色变化，实现在常温下快速对二硫代氨基甲酸酯类农药进行检测；
2.本方法通过将指示剂固载于多孔材料上，能够通过富集提升检测灵敏度；
3.本方法所用的传感器基于指示剂与C=S之间的氧化还原反应原理，因此在多种农药共存时具有较高的选择性；
4.溶于硅胶溶胶凝胶或聚合物溶液的指示剂能够长期稳定存在，所制备的传感器便于携带，适用于现场快速检测。
附图说明
1. 二硫代氨基甲酸酯类农药传感器的选择性；
2. (a)传感器的富集效果（富集体积单位为µL），(b)传感器测定棉隆的标准曲线；
3. 传感器测定代森锌的标准曲线。
具体实施方式
实施例1.
称取4 mg新亚铜试剂和8 mgCuCl2∙5H2O于1 mL硅胶溶胶凝胶溶液（四乙氧基硅烷：乙二醇甲醚：丙二醇甲醚醋酸酯：三氯甲烷：0.5 M盐酸：曲拉通X-100：水以1：4：2：0.8：0.5：0.02：0.7体积比混合，60℃水解5小时，得硅胶溶胶凝胶溶液）中，超声溶解，然后用移液枪吸取1µL上述溶液，滴涂在孔径0.22 µm的多孔滤纸上，氮气保护下室温干燥后即制备成二硫代氨基甲酸酯类农药传感器。首先考察该传感器对不同种类农药的选择性。利用平板扫描仪记录传感器与农药反应前后的图像。将反应前后图像的颜色用Photoshop软件数字化，提取红绿蓝（RGB）通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值△R、△G、△B，然后利用公式计算得到传感器与农药反应前后的颜色变化值ED，如图1所示。从图1可以看出，传感器对1 mg/L的二硫代氨基甲酸酯类农药棉隆和代森锌具有明显的颜色响应，而对其他类农药包括酰胺类（丁草胺）、有机氮类（啶虫脒）、有机磷类（毒死蜱、辛硫磷）、磺酰脲类（氯磺隆）、拟除虫菊酯类（溴氰菊酯）、有机氯类（艾氏剂）、氨基甲酸酯类（异丙威）即使在10 mg/L的浓度下也不会产生颜色变化，说明所制备的传感器对二硫代氨基甲酸酯类农药具有高选择性，适用于多种农药共存的实际样品中二硫代氨基甲酸酯类农药的检测。
实施例2.
以二硫代氨基甲酸酯类杀虫剂中的棉隆为代表，考察实施例1中所制备的传感器的富集效果，结果如图2(a)所示。可见，含1 mg/L的棉隆溶液在初始滴加20 µL于传感器上时，颜色变化较弱，随着滴加农药的体积不断增大，传感器颜色变化逐渐明显，说明通过富集，可以大大提升传感器的检测灵敏度。为使操作方便快速，取200 µL的农药溶液作为建立标准浓度曲线实验中的富集体积。将0.25 g/L的棉隆储备液经pH=7的醋酸铵缓冲液分别稀释至0.25, 0.50, 0.75, 1.00, 1.25 mg/L。各取200 µL上述稀释液分别滴加到传感器上，待溶液被垫入传感器下方的吸水滤纸吸干后，利用平板扫描仪记录图像，以富集200 µL缓冲溶液的传感器为反应前图像，富集各浓度棉隆溶液的传感器为反应后图像，将反应前后图像利用Photoshop软件数字化，提取红绿蓝（RGB）通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值△R、△G、△B，然后利用公式计算得到传感器与各浓度棉隆溶液反应前后的颜色变化值ED，如图2(b)所示。结果显示，随着棉隆浓度的增大，传感器颜色加深。将颜色变化值ED与棉隆浓度做图，得到传感器检测棉隆农药的标准曲线，y=53.21x+23.12 (R2=0.996)。
实施例3.
以二硫代氨基甲酸酯类杀菌剂中的代森锌为代表，考察实施例1中所制备的传感器检测代森锌的标准曲线。将0.25 g/L的代森锌储备液经pH=7的醋酸铵缓冲液分别稀释至0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 mg/L。各取200 µL上述稀释液分别滴加到传感器上，待溶液被垫入传感器下方的吸水滤纸吸干后，利用平板扫描仪记录图像，以富集200 µL缓冲溶液的传感器为反应前图像，富集各浓度代森锌溶液的传感器为反应后图像，将反应前后图像利用Photoshop软件数字化，提取红绿蓝（RGB）通道值，并对反应前后各通道颜色数值进行差减，得到各通道颜色变化值△R、△G、△B，然后利用公式计算得到传感器与各浓度代森锌溶液反应前后的颜色变化值ED，如图3所示。结果显示，随着代森锌浓度的增大，传感器颜色变化逐渐明显。将颜色变化值ED与代森锌浓度做图，得到传感器检测代森锌农药的标准曲线，y=26.60x+11.13 (R2=0.998)。

Claims (3)

1.一种检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器，所述传感器通过将指示剂固载于多孔材料上制备得到，所述多孔材料为多孔滤纸、硝酸-醋酸混合纤维树脂膜、聚偏氟乙烯膜或聚四氟乙烯膜，其特征在于：所述指示剂为二元体系的氧化还原指示剂，包括新亚铜试剂与Cu(II)混合物、新亚铜试剂与Ag(I)混合物、2 ,2’-联吡啶与Zn(II)混合物、2 ,2’-联吡啶与Fe(III)混合物、1 ,10-菲罗啉与Zn(II)混合物、1 ,10-菲罗啉与Fe(III)混合物中的一种或二种以上；使用硅胶溶胶凝胶溶液固载所述指示剂，其中：
所述硅胶溶胶凝胶溶液的制备方法如下：将硅氧烷试剂、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、有机溶剂、催化剂、非离子型表面活性剂和水以1：4：2：0.8：0.5：0.02：0.7体积比混合，40－70℃搅拌水解1－8小时，得硅胶溶胶凝胶溶液；所述非离子型表面活性剂包括吐温20、司班60、曲拉通X-100、司班80中的一种或二种以上；所述催化剂为0 .1－1M的盐酸、醋酸、硫酸和硝酸中的一种或二种以上；所述有机溶剂为三氯甲烷或甲苯。
2.根据权利要求1所述的检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器，其特征在于：所述硅氧烷试剂包括：四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛烷三乙氧基硅烷、( 3-巯基丙基)三甲氧基硅烷、( 3-氨丙基)三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、( 3-氯丙基)三甲氧基硅烷中的一种或二种以上。
3.根据权利要求1或2所述的检测二硫代氨基甲酸酯类农药的传感器，其特征在于：所述二硫代氨基甲酸酯类农药包括棉隆、威百亩、福美双、福美锌、福美铁、代森锌、双代森锌、甲基代森锌、代森锰、代森锰锌、代森钠、代森锰铜、代森联中的一种或二种以上。
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