CN106248770A

CN106248770A - 一种快速检测杀螟硫磷农药残留的电化学方法

Info

Publication number: CN106248770A
Application number: CN201610875134.7A
Authority: CN
Inventors: 韩恩; 张媛媛; 程喜红; 蔡健荣
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2016-10-08
Filing date: 2016-10-08
Publication date: 2016-12-21

Abstract

本发明公开了一种快速检测杀螟硫磷农药残留的电化学方法，属于生物传感技术领域。该技术利用杀螟硫磷在电极表面具有良好氧化还原性的特点以及金纳米棒纳米复合材料的吸附能力强、导电性好等优点，从而实现杀螟硫磷农药的快速富集和高灵敏检测。利用制备的金纳米棒/壳聚糖/玻碳电极对杀螟硫磷农药进行电化学检测。结果表明该电化学传感器对杀螟硫磷农药线性检测范围为5~300 ng mL^‑1，检测限为1.74 ng mL^‑1。此外，该传感器已成功用于对蔬菜样品中的杀螟硫磷进行定量检测。相比于传统的有机磷农药残留检测方法，本发明方便快速、操作简单、灵敏度高、重现性好，实现了对杀螟硫磷农药残留的直接、快速检测。

Description

一种快速检测杀螟硫磷农药残留的电化学方法

技术领域

本发明提供一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，属于生物传感技术领域。

背景技术

在我国农业生产中，有机磷农药的大量使用，一方面提高了农产品产量，另一方面也带来了严重的农药残留问题。残留的有机磷农药一方面可以通过饮食、接触、呼吸等方式进入人体，与神经系统中的乙酰胆碱酯酶相互作用，形成磷酸化的乙酰胆碱酯酶复合物，该复合物很难水解，这便会引起胆碱酯酶活性的丧失。失活的胆碱酯酶使底物乙酰胆碱无法降解，导致乙酰胆碱在神经突触上大量积累，干扰神经冲动的正常传导，使神经系统无法正常活动，最终严重威胁人民群众的身体健康和生命安全。另一方面，农药施用后，除一部分作用于靶标生物外，大部分会进入环境介质尤其是土壤、水、空气中而造成污染，从而对我国的环境也造成了极大的影响。所以，先进的有机磷农药残留检测技术显得十分重要。

目前传统的检测技术有：气相色谱法（GC）、高效液相色谱法（HPLC）、气质联用法（GC-MS）等方法。这些方法虽能有效的对农药残留进行痕量分析，但也都有以下缺点：设备昂贵、对操作人员技术要求高、样品预处理要求严格、检测周期长、成本高等。因此，新型的电化学分析方法便应运而生。与传统方法相比，电化学检测方法具有简便快速、灵敏度高、成本低等优点，更能实现对样品的就地检测，因而被广泛使用。

纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度（1~100nm）范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元构成的材料的总称。纳米材料在光、电、磁、热、力学、机械等方面性能与普通材料大不相同，使其能在各领域广泛应用。其中金属纳米粒子一直被广泛地用于电化学分析检测中。金纳米棒（AuNRs）由大量的贵金属粒子金组合而成，其作为一种一维金纳米材料，由于可调的长径、短径、长径比以及分布范围，使它具备了不同于普通金纳米粒子的电化学性质。此外，金纳米棒具有优良的导电性，将其用于电化学检测能大大增加检测灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便，快速，灵敏的检测杀螟硫磷农药残留的电化学方法。

本发明的技术方案为：一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，按照下述步骤进行：

(1)壳聚糖溶液的制备

醋酸加入到二次蒸馏水中，制备体积浓度为1% 醋酸溶液。取1% 醋酸溶液，加入壳聚糖，超声搅拌，直至其溶解，制得质量与体积比为1% 的壳聚糖溶液（W/V），并置于4 ℃的冰箱中保存。

(2) AuNRs /CS混合液的合成

将AuNRs 溶液和上述壳聚糖溶液混合，超声30 min，使其混合均匀，并置于4 ℃的冰箱中保存。

其中步骤（2）中AuNRs长宽比值约为3.4、浓度为185.1μg mL^-1，AuNRs 溶液与壳聚糖溶液的体积比为5:1。

(3) 工作电极预处理

将裸玻碳电极（GCE）依次用粒径为0.3 μm、0.05 μm的氧化铝粉末反复打磨至镜面，再依次用体积比为1:1 的HNO₃水溶液、质量浓度为95% 的乙醇水溶液、二次蒸馏水分别超声清洗5 min。然后用0.5 M H₂SO₄对裸电极进行循环伏安扫描，扫描范围为0.5-1.5 V，直至电极的循环伏安图稳定。再用质量浓度为95% 的乙醇水溶液、二次蒸馏水分别超声清洗5min，最后用氮气吹干备用。

(4) 工作电极的修饰

将（2）中所得AuNRs /CS混合液滴涂于玻碳电极表面，并置于4 ℃的冰箱中干燥保存。

其中步骤（4）中滴涂于电极表面的AuNRs /CS混合液体积为7μL。

(5) 传感器的制备及杀螟硫磷的检测

将（4）中已制备好的电极置于一定浓度的杀螟硫磷溶液中，用转子进行搅拌吸附。

其中步骤（5）中AuNRs /CS/GCE在杀螟硫磷溶液中搅拌吸附的时间为5 min。

(6) 标准曲线的绘制

将（5）中制得的杀螟硫磷/ AuNRs/ CS/ GCE电极作为工作电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系。将该三电极体系置于KCl 电解质溶液中进行方波伏安法（SWV）检测。以杀螟硫磷浓度为横坐标，对应的峰电流为纵坐标，绘制标准曲线，进而获得相应的线性回归方程。

其中步骤（6）中KCl 电解质溶液的pH 值为6.5。

其中步骤（6）中SWV检测的条件是：扫描电位-0.5 V至0.6 V，电位阶差4 mv，频率25 HZ，振幅60 mv。

其中步骤（6）中不同浓度杀螟硫磷的浓度分别为浓度分别为5，20，60，100，140，180，250，300 ng mL^-1。

(7) 样品的检测

在超市购买生菜、油菜做加标回收实验。分别称取0.5 g切碎的蔬菜样品，向其中加入1mL 95％乙醇进行萃取，超声处理30 min。然后高速离心（10 min，4000 rpm），取上清液直接进行农药含量测定。然后向上清液样品中分别加入10 ng，20 ng 杀螟硫磷标准品，再次进行农药含量测定，进而获得杀螟硫磷的回收率。

采用上述的快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法后，其特征在于：电化学传感器工作曲线的建立以及对实际蔬菜样品的检测；所制备的电化学传感器的工作曲线为：当杀螟硫磷农药浓度为5~300 ng mL^-1时，其线性方程为：y = 0.66714 x + 0.01605，检测限为：1.74 ng mL^-1。

原理：许多农药或其衍生物含有硝基、苯环以及卤素等具有电化学活性的基团，它们在电极表面具有良好的氧化还原性。该技术利用杀螟硫磷本身的电化学活性，以及AuNRs吸附能力强、导电性好等特点，集杀螟硫磷的富集和检测于一体。在对杀螟硫磷农药进行SWV电化学检测的过程中，在电催化的作用下，杀螟硫磷在某个特定电位会出现氧化还原的信号，不同浓度的杀螟硫磷产生信号的大小不同。根据所得数据可获得相应的标准曲线和线性方程，进而测定待测样品中杀螟硫磷农药残留的浓度。如图1，图2所示。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）纳米材料具有比表面积大、表面反应活性高、催化效率高、吸附能力强等特点，可用来改善传感器的各方面性能。AuNRs作为新型的纳米材料，具有特殊的电学稳定性，并且具有毒性低、生物相容性好、易于生物交联和水溶性好的优点。因此，AuNRs在电学传感器设计中具有极大的应用前景。

（2）本发明中构建的无酶电化学传感器是基于AuNRs材料修饰电极，利用杀螟硫磷本身的电化学活性进行检测，因此，传感器检测性能受外界环境的影响较小，稳定性较好。此外，在此电化学传感器构建过程中，由于修饰电极的方法和纳米材料的用量可控，因此其重现性较高。相比于传统的分析检测方法，该技术用于食品中杀螟硫磷的检测大大缩短了分析时间、操作简单、敏度高、成本低，能够更好的满足食品安全与卫生、环境保护等领域中快速检测杀螟硫磷农药残留的要求。

附图说明

图1是检测不同浓度杀螟硫磷的SWV曲线图，从下至上浓度依次为5，20，60，100，140，180，250，300 ng mL^-1；

图2是不同浓度杀螟硫磷SWV峰电流的标准曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，具体操作方法如下：

（1）1% 壳聚糖溶液的制备

0.5 mL醋酸加入到49.5 mL二次水中，制备1% 醋酸溶液。取2 mL 1% 醋酸溶液，加入0.02 g 壳聚糖，超声搅拌，直至其溶解，制得1% 壳聚糖（W/V），并置于4 ℃的冰箱中保存。

(2) AuNRs /CS混合液的合成

将AuNRs 溶液和1% 壳聚糖溶液混合，超声30 min，使其混合均匀，并置于4 ℃的冰箱中保存。

其中步骤（2）中AuNRs溶液长宽比为3.4、浓度为185.13μg mL^-1。

其中步骤（2）中AuNRs 溶液及 1% 壳聚糖溶液的体积比为5:1。

（3）工作电极预处理

将裸玻碳电极依次用粒径为0.3 μm、0.05 μm的氧化铝粉末反复打磨至镜面，再依次用1:1 HNO₃、95% 乙醇、二次水分别超声清洗5 min。然后用0.5 M H₂SO₄对裸电极进行循环伏安扫描，扫描范围为0.5 V—1.5 V，直至电极的循环伏安图稳定。再用95% 乙醇、去离子水分别超声清洗5 min，最后用氮气吹干备用。

（4）工作电极的修饰

（5）传感器的制备及杀螟硫磷的检测

（6）标准曲线的绘制

将（5）中制得的杀螟硫磷/ AuNRs/ CS/ GCE电极作为工作电极，铂丝电极为辅助电

极，饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系。将该三电极体系置于pH 6.5 的KCl电解质溶液中进行SWV检测（扫描电位-0.5 V至0.6 V，电位阶差4 mv，频率25 HZ，振幅60mv）。以杀螟硫磷浓度为横坐标（浓度分别为5，20，60，100，140，180，250，300 ng mL^-1），对应的峰电流为纵坐标，绘制标准曲线，进而获得相应的线性回归方程。结果如下：当杀螟硫磷农药浓度为5~300 ng mL^-1时，其线性方程为：y = 0.66714 x + 0.01605，检测限为：1.74ng mL^-1。

（7）蔬菜样品的检测

在超市购买生菜、油菜做加标回收实验。分别称取0.5 g切碎的蔬菜样品，向其中加入1mL 95％乙醇进行萃取，超声处理30 min。然后高速离心（10 min，4000 rpm），取上清液直接进行农药含量测定。然后向上清液样品中分别加入10 ng，20 ng 杀螟硫磷标准品，再次进行农药含量测定。测得两种蔬菜样品的回收率分别为87.3％,101.9％，93.8％,99.6％。结果表明该传感器对实际样品的检测效果良好，可以用于蔬菜中杀螟硫磷农药残留的检测。

（8）特异性验证试验

选取其他三种溶液：100 ng mL^-1 毒死蜱、0.1 M SO₄ ^2-、 0.1 M NO₃ ^-，作为干扰物质来测定该传感器的特异性，分别向其中加入100 ng mL^-1的杀螟硫磷，对其进行SWV检测，将所得响应电流与检测100 ng mL^-1杀螟硫磷标准品溶液所得的响应电流进行对比。100 ngmL^-1杀螟硫磷标准品溶液的响应电流为2.2735μA，加入其他三种干扰物质后，响应电流分别为2.1065μA，2.5315μA，2.355μA。结果表明，该无酶传感器对杀螟硫磷具有极高的选择性。

上述实施例仅用于说明本发明的内容，但这并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的相关技术人员在不脱离本发明范围的情况下，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，其特征在于按照下述步骤进行：

(1)壳聚糖溶液的制备

醋酸加入到二次蒸馏水中，制备体积浓度为1% 醋酸溶液；取1% 醋酸溶液，加入壳聚糖，超声搅拌，直至其溶解，制得质量与体积比为1% 的壳聚糖溶液（W/V），并置于4 ℃的冰箱中保存；

(2) AuNRs /CS混合液的合成

将AuNRs 溶液和上述壳聚糖溶液混合，超声30 min，使其混合均匀，并置于4 ℃的冰箱中保存；

工作电极预处理

将裸玻碳电极（GCE）依次用粒径为0.3 μm、0.05 μm的氧化铝粉末反复打磨至镜面，再依次用体积比为1:1 的HNO₃水溶液、质量浓度为95% 的乙醇水溶液、二次蒸馏水分别超声清洗5 min；然后用0.5 M H₂SO₄对裸电极进行循环伏安扫描，扫描范围为0.5-1.5 V，直至电极的循环伏安图稳定；再用质量浓度为95% 的乙醇水溶液、二次蒸馏水分别超声清洗5min，最后用氮气吹干备用；

工作电极的修饰

将（2）中所得AuNRs /CS混合液滴涂于玻碳电极表面，并置于4 ℃的冰箱中干燥保存；

传感器的制备及杀螟硫磷的检测

将（4）中已制备好的电极置于一定浓度的杀螟硫磷溶液中，用转子进行搅拌吸附；

标准曲线的绘制

将（5）中制得的杀螟硫磷/ AuNRs/ CS/ GCE电极作为工作电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系；将该三电极体系置于KCl 电解质溶液中进行方波伏安法（SWV）检测；以杀螟硫磷浓度为横坐标，对应的峰电流为纵坐标，绘制标准曲线，进而获得相应的线性回归方程；

样品的检测

在超市购买生菜、油菜做加标回收实验；分别称取0.5 g切碎的蔬菜样品，向其中加入1mL 95％乙醇进行萃取，超声处理30 min；然后高速离心（10 min，4000 rpm），取上清液直接进行农药含量测定；然后向上清液样品中分别加入10 ng，20 ng 杀螟硫磷标准品，再次进行农药含量测定，进而获得杀螟硫磷的回收率。

2.根据权利要求1所述的一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，其特征在于其中步骤（2）中AuNRs长宽比值约为3.4、浓度为185.1μg mL^-1，AuNRs 溶液与壳聚糖溶液的体积比为5:1。

3.根据权利要求1所述的一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，其特征在于其中步骤（4）中滴涂于电极表面的AuNRs /CS混合液体积为7μL。

4.根据权利要求1所述的一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，其特征在于其中步骤（5）中AuNRs /CS/GCE在杀螟硫磷溶液中搅拌吸附的时间为5 min。

5.根据权利要求1所述的一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，其特征在于其中步骤（6）中KCl 电解质溶液的pH 值为6.5。

6.根据权利要求1所述的一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，其特征在于其中步骤（6）中SWV检测的条件是：扫描电位-0.5 V至0.6 V，电位阶差4 mv，频率25HZ，振幅60 mv。

7.根据权利要求1所述的一种快速检测杀螟硫磷农药残留的高灵敏电化学方法，其特征在于其中步骤（6）中不同浓度杀螟硫磷的浓度分别为浓度分别为5，20，60，100，140，180，250，300 ng mL^-1。