CN109001279A - 一种草甘膦分子印迹电极的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种草甘膦分子印迹电极的制备及应用,属于农残快速检测技术领域,本发明通过以草甘膦分子为模板,采用表面印迹技术将玻碳电极置于含有功能单体、模板分子、的电聚合液中进行电聚合,氢氧化钠洗脱模板分子,得到草甘膦分子印迹电极,本发明制备的分子印迹电极可实现对草甘膦的直接检测,具有灵敏、快速、特异性高等优点,并且价格低廉,适用于基层或现场检测草甘膦。
Description
技术领域
本发明涉及一种草甘膦分子印迹电极的制备及应用,属于农残快速检测技术领域。
背景技术
草甘膦是美国孟山都公司于20世纪70年代研制的一种广谱灭性水溶性除草剂,商品名称为农达,国内曾叫镇草宁、膦甘酸,化学名称为N-甘氨酸(甲基膦酸),属于氨基甲撑膦酸类含有羧基的化合物,英文名称为glyphosate,被广泛应用于农业产业。由于草甘膦化学性质稳定,具有内吸传导性,高效低毒,低残留等特点,因此是国内目前使用最为广泛、无选择性和除草活性最强的有机磷除草剂,草甘膦能够有效抑制多种一年生或多年生杂草,能够控制杂草种危害最大的76种。
然而,作为一种致癌物,少量草甘膦会造成环境污染,进而对人体健康构成威胁。因此,建立一种有效的方法来识别和分离草甘膦是很重要的。传统方法如气相色谱法、液相色谱法、光度法、生物分析主要用于检测和识别草甘膦。但也存在费时费力、样品前处理方式复杂等缺点。
分子印迹技术又称分子烙印,属于超分子化学中主客体化学的范畴,是基于生物分子识别的基础上,应用该原理对一些小分子的分离与检测的一种前沿技术,是高分子化学、生物化学和材料化学等多学科的边沿科学。近几年来,随着分子印迹技术飞速发展,以分子印迹聚合物作为传感器敏感材料的分子印迹电化学传感器,成为分子印迹技术应用研究的一个重要方向。分子印迹聚合物敏感材料具有耐高温、高压、酸、碱和有机溶剂,可用标准化学方法合成,不易被生物降解破坏,可多次重复使用,易于保存等优点。分子印迹电化学传感器是将分子印迹测定法和传感技术相结合而构建的一类新型亲和性“人工抗体”传感器。但目前将分子印迹技术应用于草甘膦的定量检测还存在灵敏度低、特异性不强等缺陷。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种草甘膦分子印迹电极的制备及应用,该分子印迹电极能够用于检测草甘膦,且操作简单,灵敏度高、特异性强。
本发明的第一个目的是提出一种草甘膦分子印迹电极的制备方法,在修饰了壳聚糖-金纳米十字复合纳米材料(CTS@AuNCs)的玻碳电极上电聚合形成分子印迹膜,分子印迹膜以吡咯作为功能单体,草甘膦作为模板分子,洗脱模板分子,得到草甘膦分子印迹(MIP@CTS@AuNCs)电极。
进一步的,所述壳聚糖-金纳米十字复合纳米材料是由体积分数为1%的壳聚糖水溶液与体积分数为80%的金纳米十字水溶液混合制成。
进一步的,1%的壳聚糖水溶液与80%的金纳米十字水溶液的混合体积比例为1:9。
进一步的,在进行电聚合之前,还包括预聚合的步骤,即:将修饰了壳聚糖-金纳米十字复合材料的玻碳电极浸入含有吡咯、草甘膦的B-R缓冲溶液中一段时间,再进行电聚合,可以在电极表面形成致密的聚合膜,空穴也更密,检测更灵敏。
进一步的,所述预聚合的浸没时间为15min。
进一步的,将修饰了壳聚糖-金纳米十字复合材料的玻碳电极浸入含有吡咯、草甘膦的B-R缓冲溶液中进行电聚合,所述电聚合采用循环伏安法扫描进行,其中电聚合电压为-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描圈数为5。
进一步的,含有吡咯、草甘膦的B-R缓冲溶液中,吡咯的浓度为1~10mmol/L,草甘膦浓度为0.05~0.15mmol/L。
进一步的,B-R缓冲溶液的pH为2~6。
进一步的,将修饰了分子印迹膜的电极置于0.1mol/L氢氧化钠水溶液中浸泡5~20min,通过电化学法洗脱模板分子。
本发明的第二个目的是提供一种草甘膦分子印迹电极在检测草甘膦中的应用。
本发明的检测部分需要在电化学检测仪上完成,其构造如下:电化学检测仪为已设定电压的电化学工作站,配备有LED显示屏,用于记录电子从对电极,经过电导液,再从工作电极流回工作站时形成的阻抗值和电流值。
借由上述方案,本发明至少具有以下有益效果:
(1)将本发明制备的草甘膦分子印迹电极应用于检测草甘膦,可以实现现场检测,不受样品颜色、浊度的影响,样品可以不经复杂处理、无需分离,所用仪器设备相对简单,可广泛应用于食品安全小子分毒性物质的检测。
(2)本发明构建的草甘膦分子印迹电化学检测方法,结合壳聚糖-金纳米十字玻碳电极,具有灵敏度高、特异性强、响应速度快、操作简单、成本低廉等特点,能够快速,便捷的检测样品中的草甘膦;可用于生产经营企业、质控人员、进出口检商、政府管理部门、医院甚至个人家庭的使用,该检测方法还可以用于其他食品、化学等危害物的快速检测。
(3)为了能够使得检出效果更加灵敏,采用在玻碳电极表面修饰壳聚糖-金纳米十字复合纳米材料,壳聚糖的网状结构用于增强电聚合的分子印迹聚合膜的接触比表面积,增加电子传递速率,从而增大电信号,提高检测灵敏度,壳聚糖的网状结构能够将金纳米十字内嵌其中,增强了分子印迹膜在玻碳电极上的稳定性;吡咯单体在聚合过程中被氧化成带正电的原子团,根据掺杂阴离子延长聚合链的理论,在一定聚合条件下,成功地将草甘膦分子掺杂在聚吡咯骨架中,形成分子印迹聚合物,在此过程中,吡咯是一种非交联的电聚合物,可以提高目标分析物的选择性,同时又能提高实验效率,减少繁琐的实验操作。
(4)金纳米颗粒具有较高的电催化活性、较大的表面积和良好的生物相容性,作为电化学传感器的固定载体,能够提高目标分子的吸附性能和检测灵敏度,壳聚糖具有良好的导电性和易于成膜,AuNCs@CTS增强了草甘膦分子印迹传感器的灵敏度。最低检测限草甘膦浓度为5.27μmol L-1,线性检测范围扩展至100μmol L-1,标准曲线公式为y=-0.0452x+74.727(R2=0.9981)。
附图说明
图1是草甘膦分子印迹电极的制备示意图。
图2是草甘膦分子印迹电极检测不同浓度的草甘膦的电流曲线,图中由上向下的曲线分别代表草甘膦浓度为100μmol L-1、200μmol L-1、300μmol L-1、400μmol L-1、500μmolL-1、600μmol L-1、700μmol L-1、800μmol L-1、900μmol L-1。
图3是草甘膦分子印迹电极检测草甘膦的标准曲线。
图4是草甘膦分子印迹电极检测菠菜样品的电流曲线。
图5是草甘膦分子印迹电极检测青菜样品的电流曲线。
图6是草甘膦分子印迹电极特异性的电流值。
图7是实施例1-3中草甘膦分子印迹电极在草甘膦水溶液中的电流响应值。
具体实施方式
结合图1,对草甘膦分子印迹电极的制备进行说明,包括以下步骤:(1)在玻碳电极表面修饰壳聚糖-金纳米十字复合纳米材料;(2)将所述壳聚糖-金纳米十字玻碳电极浸置于含有模板分子草甘膦及功能单体吡咯的B-R缓冲溶液中,采用循环伏安法扫描进行电聚合;(3)最后以氢氧化钠结合电化学洗脱方法洗脱模板分子,完成草甘膦分子印迹电极的制备。
实施例1
先在玻碳电极表面修饰壳聚糖-金纳米十字,修饰方法:将体积分数为1%壳聚糖水溶液与体积分数为80%金纳米十字水溶液混合均匀,混合比例为1:9(V壳聚糖:V金纳米十字=1:9),滴涂10μL在玻碳电极表面,放置在室温使其自然风干;将修饰好的电极CTS@AuNCs-GCE置于含6.0mmol/L吡咯和0.10mmol/L草甘膦的B-R缓冲溶液(pH4.0)中浸没15min后,在扫描速度为100mV/s、电位范围为-1.0~1.0V时,循环扫描聚合5圈,在电极表面制得内嵌有草甘膦分子的印迹聚合膜。为了快速有效的洗脱模板分子,采用电化学洗脱法,首先将聚合膜在0.10mol/L NaOH溶液中浸泡15min,然后采用循环伏安法对聚吡咯膜进行过氧化,通过静电斥力去除聚合膜内的模板分子,洗脱电压为-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描圈数为35~40圈。然后将玻碳电极用超纯水淋洗,即制得草甘膦分子印迹电极(MIP@CTS@AuNCs-GCE)。
将制备的草甘膦分子印迹膜浸没在200μmol L-1草甘膦水溶液中,使草甘膦与分子空穴进行结合吸附;取出电极,用超纯水淋洗,氮气吹干,然后插入电导液中进行循环伏安扫描,电导液的配置:2.5mmol L-1[Fe(CN)6]3/4和0.1mol L-1KCl溶液,电压设置范围:-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描电流值见图7。
实施例2
先在玻碳电极表面修饰壳聚糖-金纳米十字,修饰方法:将体积分数为1%壳聚糖水溶液与体积分数为80%金纳米十字水溶液混合均匀,混合比例为1:9(V壳聚糖:V金纳米十字=1:9),滴涂10μL在玻碳电极表面,放置在室温使其自然风干;将修饰好的电极CTS@AuNCs-GCE置于含6.0mmol/L吡咯和0.10mmol/L草甘膦的B-R缓冲溶液(pH3.0)中浸没15min后,在扫描速度为100mV/s、电位范围为-1.0~1.0V时,循环扫描聚合5圈,在电极表面制得内嵌有草甘膦分子的印迹聚合膜。为了快速有效的洗脱模板分子,采用电化学洗脱法,首先将聚合膜在0.10mol/L NaOH溶液中浸泡15min,然后采用循环伏安法对聚吡咯膜进行过氧化,通过静电斥力去除聚合膜内的模板分子,洗脱电压为-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描圈数为35~40圈。然后将玻碳电极用超纯水淋洗,即制得草甘膦分子印迹电极(MIP@CTS@AuNCs-GCE)。
将制备的草甘膦分子印迹膜浸没在200μmol L-1草甘膦水溶液中,使草甘膦与分子空穴进行结合吸附;取出电极,用超纯水淋洗,氮气吹干,然后插入电导液中进行循环伏安扫描,电导液的配置:2.5mmol L-1[Fe(CN)6]3/4和0.1mol L-1KCl溶液,电压设置范围:-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描电流值见图7。
实施例3
先在玻碳电极表面修饰壳聚糖-金纳米十字,修饰方法:将体积分数为1%壳聚糖水溶液与体积分数为80%金纳米十字水溶液混合均匀,混合比例为1:9(V壳聚糖:V金纳米十字=1:9),滴涂10μL在玻碳电极表面,放置在室温使其自然风干;将修饰好的电极CTS@AuNCs-GCE置于含6.0mmol/L吡咯和0.10mmol/L草甘膦的B-R缓冲溶液(pH5.0)中浸没15min后,在扫描速度为100mV/s、电位范围为-1.0~1.0V时,循环扫描聚合5圈,在电极表面制得内嵌有草甘膦分子的印迹聚合膜。为了快速有效的洗脱模板分子,采用电化学洗脱法,首先将聚合膜在0.10mol/L NaOH溶液中浸泡15min,然后采用循环伏安法对聚吡咯膜进行过氧化,通过静电斥力去除聚合膜内的模板分子,洗脱电压为-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描圈数为35~40圈。然后将玻碳电极用超纯水淋洗,即制得草甘膦分子印迹电极(MIP@CTS@AuNCs-GCE)。
将制备的草甘膦分子印迹膜浸没在200μmol L-1草甘膦水溶液中,使草甘膦与分子空穴进行结合吸附;取出电极,用超纯水淋洗,氮气吹干,然后插入电导液中进行循环伏安扫描,电导液的配置:2.5mmol L-1[Fe(CN)6]3/4和0.1mol L-1KCl溶液,电压设置范围:-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描电流值见图7。
实施例4:应用草甘膦分子印迹电极检测草甘膦
(1)制作标准曲线
如图2所示,将实施例1制备的草甘膦分子印迹膜分别浸没在不同浓度的草甘膦标样水溶液中1~2min,草甘膦标样水溶液的浓度设置为0μmol L-1、100μmol L-1、200μmol L-1、300μmol L-1、400μmol L-1、500μmol L-1、600μmol L-1、700μmol L-1、800μmol L-1、900μmolL-1。使草甘膦与分子空穴进行结合吸附;取出电极,用超纯水淋洗,氮气吹干,然后插入电导液中进行循环伏安扫描,电导液的配置:2.5mmol L-1[Fe(CN)6]3/4和0.1mol L-1KCl溶液,电压设置范围:-1V~1V,扫描速率为100mv/s,记录扫描中的电流值。
参见图2和图3,以检测得到的电流值为纵坐标,为草甘膦标样浓度为横坐标,绘制标准曲线。最低检测限草甘膦浓度为5.27μmol L-1,线性检测范围扩展至100μmol L-1,标准曲线公式为y=-0.0452x+74.727(R2=0.9981)。
(2)检测草甘膦样品
参见图4和图5,将实施例1制备的草甘膦分子印迹电极浸没在含草甘膦浓度分别为200、400μg/L的待检测的菠菜、青菜样液中1~2min(样液处理方法为:将样品切成小块,用组织捣碎机捣碎,称取10.00g捣碎的试样,置于250mL具塞锥形瓶中,加入40g无水硫酸钠脱水,剧烈震荡;再加入0.25g活性炭进行脱色;之后加入70mL二氯甲烷,在振荡器中震荡30min,用滤纸对混合物进行过滤。量取35mL滤液,室温下再通风橱中自然挥发至近干,用二氯甲烷少量研洗残渣3次,移入5mL带刻度离心管中,并定容至2.0mL备用),使草甘膦与分子孔穴进行结合吸附;取出电极,用超纯水淋洗,氮气吹干。然后将未印迹草甘膦的电极和印迹了草甘膦的电极分别插入电导液中进行循环伏安扫描,电导液的配置:2.5mmol L-1[Fe(CN)6]3/4和0.1mol L-1KCl溶液,电压设置范围:-1V~1V,扫描速率为100mv/s,记录扫描中的电流值。将所得电流值代入标准曲线,计算得到样品中草甘膦的含量,分别为:菠菜中194.18μg/L,390.14μg/L;青菜中196.85μg/L,409.65μg/L;加标回收率分别为:97.09%,97.54%;98.42%,102.41%。
(3)电极特异性
将本发明实施例1制备的草甘膦分子印迹电极分别用于检测浓度为200μmol L-1的毒死蜱、吡虫啉、草甘膦及氨甲基膦酸,实验参数设置与本实施例制作标准曲线中的参数设置一致。从图6可以看出,虽然毒死蜱、吡虫啉、草甘膦和氨甲基膦酸具有相似的结构,但本发明制备的电极对草甘膦具有更大的反应电流值,说明本发明制备的电极对草甘膦具有特异性响应电流值。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:在修饰了壳聚糖-金纳米十字复合纳米材料的玻碳电极上电聚合形成分子印迹膜,分子印迹膜以吡咯作为功能单体,草甘膦作为模板分子,洗脱模板分子,得到草甘膦分子印迹电极。
2.根据权利要求1所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:所述壳聚糖-金纳米十字复合纳米材料是由体积分数为1%的壳聚糖水溶液与体积分数为80%的金纳米十字水溶液混合制成。
3.根据权利要求2所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:1%的壳聚糖水溶液与80%的金纳米十字水溶液的混合体积比例为1:9。
4.根据权利要求1所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:在进行电聚合之前,还包括预聚合的步骤,即:将修饰了壳聚糖-金纳米十字复合材料的玻碳电极浸入含有吡咯、草甘膦的B-R缓冲溶液中。
5.根据权利要求4所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:预聚合的浸没时间为15min。
6.根据权利要求1所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:将修饰了壳聚糖-金纳米十字复合材料的玻碳电极浸入含有吡咯、草甘膦的B-R缓冲溶液中进行电聚合,所述电聚合采用循环伏安法扫描进行,其中电聚合电压为-1V~1V,扫描速率为100mv/s,扫描圈数为5。
7.根据权利要求4~6任一项所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:含有吡咯、草甘膦的B-R缓冲溶液中,吡咯的浓度为1~10mmol/L,草甘膦浓度为0.05~0.15mmol/L。
8.根据权利要求7所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:B-R缓冲溶液的pH为2~6。
9.根据权利要求1所述的草甘膦分子印迹电极的制备方法,其特征在于:将修饰了分子印迹膜的电极置于0.1mol/L氢氧化钠水溶液中浸泡5~20min,通过电化学法洗脱模板分子。
10.权利要求1-9任一项制备得到的草甘膦分子印迹电极在检测草甘膦中的应用。
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CN116715967A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-09-08 | 中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 | 一种基于虚拟模板的草甘膦分子印迹聚合物及其应用 |
CN116715967B (zh) * | 2023-06-07 | 2024-02-23 | 中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所 | 一种基于虚拟模板的草甘膦分子印迹聚合物及其应用 |
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