CN109270061A - 一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米材料、催化及分析化学领域，具体包括一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用。该装置即在商业化的滤膜过滤器上通过物理法修饰一层表面展示有有机磷水解酶的微生物‑磷酸铜杂化催化材料。利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。

Description

一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料、催化及分析化学领域，具体为一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用。
背景技术
有机磷农药（Organophosphorus Pesticide，OP）属有机磷酸酯类化合物，是使用最多的杀虫剂之一。它的种类较多，主要有对硫磷、对氧磷、敌百虫、乐果、马拉松、敌敌畏、氧化乐果等。当今，人类为防治农作物病虫害，广泛地在农业生产中使用OP作为杀虫剂来提高农产品的产量，然而，其残留给人类健康和生存环境带来了潜在的危害。有机磷农药经皮肤、粘膜、消化道、呼吸道吸收后，将很快分布全身各脏器，它主要抑制乙酰胆碱酯酶的活性，使乙酰胆碱不能被水解，从而引起相应的中毒症状。因此，为避免其对环境的污染和对人体的毒害，寻找一种对OP残留快速简便检测和降解的方法具有重要意义。
传统的有机磷农药检测方法有波谱法、色谱法、高效液相色谱法、气相色谱法、酶联免疫法、酶抑制法和速测卡检测法。然而，以上大多方法虽然能够准确、灵敏地检测出各种不同样品中的OP，但是需要对样品进行繁琐的预处理，且用到的分析仪器昂贵精密，所需时间较长，难以满足现场检测的要求。其中酶抑制法操作简便、速度快、不需要昂贵的仪器，特别适用于大批样品筛选的检测，易于推广普及，但酶受环境因素的影响容易失活，灵敏度比色谱法要差，且酶重现性较差，不稳定，也不能很好地用于有机磷的降解。而有机磷水解酶（OPH）克服酶抑制法以有机磷农药为底物，直接水解有机磷农药得到苯酚类物质，从而进行再降解处理。此法具有绿色环保、选择性好、准确性高、检测步骤简单和重复多次使用等优点，同时OPH可参于有机磷农药的降解。目前，基于农药抑制胆碱酯酶原理的农药速测卡被广泛地应用于市场农药的残留检测，利用比色的方法可快速地检测筛选农药。然而，胆碱酯酶不能深入地用于农药的降解研究。
对于有机磷农药的降解研究，目前常见的降解方法主要有物理法（如超声波法、吸附法、洗涤法和电离辐射法等），生物降解法（如微生物、降解酶和工程菌等）和化学方法（如水解、氧化分解和光化学降解等）。另外，生化处理法在国内外较多采用，但该法存在稀释倍数高、负荷大、运行不稳定和二次污染等问题，因此对于有机磷的降解方法和机理仍然需要不断探索研究。
目前，由于无机杂化复合材料具有规整的结构、大的表面积和独特性能，因此变得越来越受欢迎，其合成方法也较简单，具有良好的催化活性，耐用性和稳定性。近来，Zare课题组首次突破性地合成了酶-无机杂化结构的纳米花材料，该材料具有很好地催化活性，远优于天然酶和已报道的固化酶（Ge J., Lei J. D., Zare R. N.,Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 428-432）。如已报道的无机杂化材料有牛血清蛋白（BSA）/辣根过氧化物酶（HRP）/漆酶为模板合成的BSA/HRP/漆酶-三水磷酸铜（Cu3(PO4)2·3H2O）无机杂化纳米花材料。因此，无机杂化材料可作为无机杂化催化剂，通过定向效应可实现对目标底物的定向催化。然而，由于无机杂化纳米花材料的合成机理报道较少，因此对于酶-无机杂化纳米材料的制备方法和性能研究的相关报道还需要进一步地探究。同时，对其进一步开发其他的应用领域也显得特别重要。
近来，Krieg et al.报道了通过非共价修饰的方法在商业化滤膜上修饰了一层超分子膜，从而得到具有功能化的过滤膜，进而展开了一些有意义的应用（E. Krieg, H.Weissman, E. Shirman, E. Shmoni, B. Rybtchinski, Nat. Nanotechnol. 2011,6,141-146）。此外，Zhu Lin和其同事以漆酶为模板合成了漆酶-磷酸铜的无机杂化纳米花材料，并通过物理法把此材料修饰在商业化的过滤器滤膜上，从而实现了对苯酚的快速检测（Lin Zhu, Lu Gong, Zhang Y, et al. Rapid Detection of Phenol Using a MembraneContaining Laccase Nanoflowers. Chemistry-An Asian Journal, 2013, 8, 2358-2360）。Zare课题组又报道了一种基于以漆酶为模板合成的无机杂化材料修饰于滤膜上，实现了可视化检测苯酚的方法。在过氧化氢（H2O2）存在下，无机杂化的纳米材料可催化底物得到带有显色的产物，进而可实现比色检测苯酚的目的。虽然不少研究者对OP降解做了一些研究，但对其降解机理的研究不是很多。目前尚未发现基于酶-无机纳米杂化材料的催化性质用于OP降解的报道。
综上所述，在有机磷农药快速检测和有效降解方面，需要进一步地研究和发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用，所述的装置即在商业化的滤膜过滤器上通过物理法修饰一层表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。
优选是，其特征在于所述装置具体制备过程如下：
（1）通过微生物表面展示技术将有机磷水解酶展示在微生物外表面，即得到表面展示有有机磷水解酶的微生物；
（2）将可溶性铜盐加入到含有步骤（1）中所得表面展示有有机磷水解酶的微生物的磷酸盐缓冲液中，室温下静止24小时，得到表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料；
（3）通过注射器将一定量步骤（2）中所得到的表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料注入到商业化的滤膜过滤器中，室温或4 ℃下干燥，即得所述装置。
优选是，所述商业化的过滤器膜可以是孔径0.1 μm-1 μm的纤维素膜（醋酸纤维素膜或硝酸纤维素膜）过滤器或尼龙滤膜过滤器；微生物可以是大肠杆菌、酵母等单细胞微生物；可溶性铜盐可以是硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等。
优选是，所述装置可用于农药检测，其特征在于其检测过程如下：
（1）将可能含有有机磷农药的待检测溶液装入注射器，并将该注射器口与所述装置相连；
（2）借助注射器将待检测溶液以一定打出速度（2-15 μL/s）通过所述装置打入离心管中；
（3）观察离心管中溶液颜色，若溶液由无色变为黄色，则说明待检测溶液中含有有机磷农药，从而实现可视化定性检测；
（4）利用分光光度计检测步骤（2）所述离心管中溶液相应的吸光值，因其与有机磷农药的化学定量关系而实现定量检测。
所述装置可用于农药串联降解，其特征在于其降解过程Ⅰ如下：
（1）将含有一定浓度的H2O2溶液加入到有机磷农药的待检测溶液中，并装入注射器，将该注射器口与所述装置相连；
（2）借助注射器将待检测溶液以一定打出速度（2-10 μL/s）通过所述装置打入离心管中。
所述装置可用于农药串联降解，其特征在于其降解过程Ⅱ如下：
（1）将含有一定浓度的硼氢化钠溶液加入到有机磷农药的待检测溶液中，并装入注射器，将该注射器口与所述装置相连；
（2）借助注射器将检测溶液以一定打出速度（2-10 μL/s）通过所述装置打出，即实现农药降解。
优选是，所述检测农药可为对氧磷、甲基对氧磷，对硫磷或甲基对硫磷等有机磷类农药。
本发明效果是
1.本发明中通过生物矿化技术所制备得到的表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料具有催化水解有机磷农药的活性，同时因其微生物表面沉积铜盐的存在，该杂化催化材料也具有仿过氧化物酶的催化活性。
2.本发明所构建的实验装置简单且可重复使用，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。
3.本发明可进行有机磷农药的可视化检测，检出限低，实验步骤操作简便、灵敏度高，为现场快速便携式检测农药提供有利的参考。
4.本发明所制备的无机生物杂化催化材料通过过滤器滤膜可在不同的氧化剂和还原剂存在下，实现有机磷农药的快速降解，为有机农残提供有效的解决策略。
附图说明
图1为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料的扫描电子显微镜照片；
图2为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料的催化活性效果图；
图3为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料用于检测和降解对氧磷的效果原理图；
图4为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料的仿酶催化活性效果图；
图5为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料的快速可视检测有机磷农药对氧磷效果图；
图6为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料用于检测有机磷农药对氧磷的工作曲线；
图7为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料滤膜过滤器在H2O2存在下实现快速可视降解Ⅰ的效果图；
图8为本发明实施例提供的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料滤膜过滤器在NaBH4存在下实现快速可视降解Ⅱ的效果图。
具体实施方式：
实施例1
表面展示有机磷水解酶的微生物的制备：
具体地，将锚定蛋白和有机磷水解酶（OPH）的基因插入到质粒中并以此转化为感受态单细胞微生物（E. coli BL21），将该工程菌在含有卡那霉素抗性的LB培养基中37 °C振荡培养；当培养液在600 nm处的吸光度值（简称OD600nm）约为0.6时，加入异丙基-β-d-硫代半乳糖苷诱导锚定蛋白和OPH的表达并展示于细胞微生物表面；37 °C振荡培养10小时后，离心（转速6000 rpm，5分钟）收菌。（制备方法参考文献：X. Tang, B. Liang, T. Yi, G.Manco, I. Palchetti, A. Liu, Cell Surface Display of OrganophosphorusHydrolase for Sensitive Spectrophotometric Detection of p-NitrophenolSubstituted Organophosphates. Enzyme and Microbial Technology, 2014, 55, 107−112。）
实施例2
表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料（Cu3(PO4)2@M-OPH）的制备：
(1) 将表面展示着有机磷水解酶的E. coli（终OD600 nm = 6）加到磷酸盐缓冲液中并混匀；
(2) 向上述混合溶液中加入硫酸铜水溶液（0.5 mmol/L）并混匀，室温下放置一天后，生成的磷酸铜盐均匀沉积分布在微生物表面，从而形成表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料；
(3) 将上述反应液离心，去除含有未反应成分的上清液，收集沉淀，4 ℃保存备用，材料的数量以相应的E. coli的OD600 nm记。
另做一对照实验：以无展示的E. coli替换表面展示有有机磷水解酶的E. coli，其他实验条件及步骤与上述实验相同，从而制得无展示的微生物-磷酸铜杂化催化材料。
实施例3
杂化催化材料Cu3(PO4)2@M-OPH的形貌分析：
将Cu3(PO4)2@M-OPH材料悬浮液取一定量滴于醋酸纤维素滤膜上，室温晾干后，进行喷金处理，利用扫描电子显微镜分析其形貌。
如图1所示，所制备的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料呈纺锤形结构，形貌均一，分布较均匀。
实施例4
催化材料Cu3(PO4)2@M-OPH的催化活性分析：
实验体系a：将Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料、对氧磷（2 mmol/L）混合于含有Cu2+（50μmol/L）的磷酸盐缓冲液（pH 7.4）中，在25 ℃下反应10分钟后，离心去除杂化催化材料，利用酶标仪记录其波长为300−800 nm范围内的光谱图（见图2曲线a）。
对照实验b：以等量（以OD600nm记）的展示有有机磷水解酶的微生物代替Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料，在与上述实验体系同样条件下反应10分钟后记录光谱图（见图2曲线b）。
对照实验c，以等量（以OD600nm记）的无展示的微生物材料代替Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料，在与上述实验体系同样条件下反应10分钟后记录光谱图（见图2曲线c）。
对照实验d，无杂化催化材料的参与，与上述实验体系同样条件下，静置10分钟后记录光谱图（见图2曲线d）。
如图2所示，曲线a结果表明，溶液在410 nm处有明显的吸收峰，该吸收峰即反应产物对硝基苯酚的特征峰，证明杂化催化材料Cu3(PO4)2@M-OPH具有很好的催化活性；曲线b对应的吸光值为曲线a的四分之一左右，说明展示有有机磷水解酶的微生物与磷酸铜杂化之后比杂化前有更强的催化活性；曲线c对应的吸光值较不明显，说明无展示的微生物材料几乎无催化活性；曲线d没有吸光值，说明空白没有反应发生。因此，从而证明合成的展示有有机磷水解酶的微生物与磷酸铜杂化催化材料具有较高的催化活性优势，也证明磷酸铜对微生物表面展示的有机磷水解酶催化活性起到增强的作用。
如图3所示，表面展示有有机磷水解酶的微生物在磷酸铜盐的参与下，通过生物矿化技术得到Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料，该杂化催化材料通过物理法修饰在商业化的滤膜过滤器上，通过注射器将待测溶液经修饰有杂化催化材料的滤膜过滤器打出，当底物模板有机磷农药对氧磷遇到杂化催化材料时，对氧磷会直接被催化材料催化水解为黄色产物对硝基苯酚（PNP），之后进行紫外-可见分光光度计测定，发现溶液在410 nm处有吸收峰，即PNP对应的吸收峰，说明有机磷农药对氧磷可被Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料催化水解。另外，分别将含有一定浓度的氧化剂/还原剂（如过氧化氢/硼氢化钠溶液）加入到有机磷农药的待检测溶液中，借助注射器将待检测溶液经修饰有杂化催化材料的滤膜过滤器，打入离心管中，观察离心管中溶液的颜色，若溶液没有颜色变化，则说明有机磷农药被完全降解。因此，借助酶在矿化作用下由“不活泼态”到“活泼态”，之后“活泼态”被固定的自身定向效应，可实现待检测溶液中有机磷农药的有效串联降解。
实施例5
Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料的仿过氧化物酶催化活性分析：
当溶液体系中存在0.5 mmol/L显色底物3, 3', 5, 5'-四甲基联苯胺（TMB）、1 mmol/LH2O2和20μg/mL Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料时，30 min后，进行紫外-可见分光光度计的测定（见图4曲线a）。
做两组对照，一组对照体系中没有Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料，只有TMB和H2O2时，其余条件与上述实验条件相同，30 min后，进行紫外-可见分光光度计的测定（见图4曲线b）；另一组对照溶液体系只有TMB和Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料时，其余条件与上述实验条件相同，30 min后，进行紫外-可见分光光度计的测定（见图4曲线c）。
如图4所示，由曲线a知在650 nm处有较强吸收峰，说明体系中的TMB在H2O2存在下被Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料催化氧化；由曲线b知，对应吸收峰较小，曲线c没有吸光值。因此，说明体系中只有杂化催化材料存在时，该材料在H2O2存在下对目标底物TMB才有催化作用，由此验证Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料也具有仿过氧化物酶的活性。
实施例6
检测实验装置的构建：
1.将所得到的Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料悬浮液取一定量注入商业化的醋酸纤维素滤膜过滤器（孔径为0.22 μm）中，室温进行干燥，干燥后即得修饰好的过滤装置；
2.将该过滤装置与上述的注射器口连接，取一离心管接在过滤装置下方，从而构建检测和回收一体的装置体系，即可用于后续实验。
实施例7
有机磷农药对氧磷的比色检测：
反应体系a：待检测溶液体系为2 mmol/L有机磷农药对氧磷的水溶液，借助注射器将待检测溶液体系以5 μL/s的打出速度通过修饰杂化催化材料（0.1 mg/mL）的滤膜过滤器，之后打入离心管中，观察离心管中溶液颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图5曲线a）。
对照实验体系b：检测溶液体系中没有对氧磷时，其余条件与上述实验反应体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度计检测（见图5曲线b）；对照实验体系c：滤膜过滤器不修饰Cu3(PO4)2@M-OPH杂化催化材料时，其余条件与上述实验反应体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度计检测（见图5曲线c）。
如图5所示，实验体系a在410 nm处有明显的吸收峰（曲线a），说明有机磷农药对氧磷与材料发生了催化水解反应，从而产生PNP；当增加有机磷农药对氧磷的浓度到3 mmol/L时，其对应的吸收峰值也会增加（见图5曲线b）；实验体系c在410 nm处没有对应吸收峰（曲线c），且体系颜色没有变化，说明无杂化催化材料时体系不能催化 OP产生PNP。因此，本实验可达到有机磷农药定性检测的目的。
实施例8
有机磷农药对氧磷的定量检测：
实验体系a：待检测溶液体系为含有不同浓度（0.01−1.5 mmol/L）的有机磷农药对氧磷的水溶液，借助注射器将待检测溶液体系以5 μL/s的打出速度通过修饰杂化催化材料（0.1mg/mL）的滤膜过滤器，之后打入离心管中，进行紫外-可见分光光度检测。
对照实验体系b：体系没有对氧磷时，其余条件与上述实验体系a条件相同，进行紫外-可见分光光度计检测，记录相应吸光值。
由410 nm处吸光值扣除空白对照后绘制出对氧磷的标准工作曲线。如图6所示，工作曲线为y=0.26136x+0.00879，R2=0.99388，线性范围0.01−1.5 mmol/L。因此，杂化催化材料可以实现催化水解以达到有机磷农药定量检测的目的。
实施例9
在H2O2存在下有机磷农药串联降解的验证实验Ⅰ：
实验组A：实验体系a，待检测溶液体系中含有PNP（6 mmol/L）时，通过注射器将该溶液以4 μL/s的打出速度经过修饰杂化催化材料的滤膜过滤器，打到离心管中，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图7的A图曲线a）。
对照实验体系b，滤膜过滤器未修饰杂化催化材料时，其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图7的A图曲线b）；对照实验体系c，在含有PNP（6 mmol/L）的待检测溶液体系中加入氧化剂H2O2（25 mmol/L），其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图7的A图曲线c）。
如图7的A图所示，实验体系a在410 nm处有强的吸收峰（曲线a），颜色呈PNP颜色为黄色，说明体系中不加入氧化剂H2O2时，PNP不被降解；实验体系b在410 nm处吸收峰略有降低（曲线b），颜色为黄色，说明当体系中没有杂化催化材料，只有少量的PNP在H2O2存在下发生降解；实验体系c在410 nm处的吸收峰较实验体系a有明显降低（曲线c），且颜色变淡，说明大量的PNP被催化氧化分解。因此，本实验说明该专利所提供装置中的杂化催化材料在H2O2的存在下，可以氧化分解大量的PNP，达到降解的目的。
实验组B：实验体系a，待检测溶液体系中含有OP（6 mmol/L）时，通过注射器将该溶液以4 μL/s的打出速度经过修饰杂化催化材料的滤膜过滤器，打到离心管中，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图7的B图曲线a）。
对照实验体系b，在含有OP（6 mmol/L）的待检测溶液体系中加入氧化剂H2O2（25mmol/L），其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图7的B图曲线b）；对照实验体系c，滤膜过滤器未修饰杂化催化材料时，其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图7的B图曲线c）。
如图7的B图所示，实验体系a在410 nm处有较明显的吸收峰（曲线a），且体系颜色由无色变为黄色，说明OP被杂化催化材料催化水解；实验体系b在410 nm处的吸收峰消失（曲线b），颜色为无色，说明OP在氧化剂H2O2存在下完全被催化氧化降解；实验体系c在410nm处没有相应的吸收峰（曲线c），说明当体系中没有杂化催化材料时，OP和H2O2没有发生任何反应。因此，本实验说明该专利提供的装置可实现有机磷农药的串联降解催化。
实施例10
在NaBH4存在下有机磷农药串联降解的验证实验Ⅱ：
实验组A：实验体系a，待检测溶液体系中含有PNP（6 mmol/L）时，通过注射器将该溶液以4 μL/s的打出速度经过修饰杂化催化材料的滤膜过滤器，打到离心管中，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图8的A图曲线a）。
对照实验体系b，在含有PNP（6 mmol/L）的待检测溶液体系中加入还原剂NaBH4（50mmol/L），其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图8的A图曲线b）；对照实验体系c，滤膜过滤器未修饰杂化催化材料时，其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图8的A图曲线c）。
如图8的A图所示，实验体系a在410 nm处有强的吸收峰（曲线a），颜色呈PNP颜色为黄色，说明当体系中不加入还原剂NaBH4时， PNP不被降解；实验体系c在410 nm处吸收峰略有降低（曲线c），说明当体系中没有杂化催化材料时，只有少量的PNP在还原剂NaBH4存在下被降解；实验体系b中在410 nm处吸收峰较实验体系a有明显降低（曲线b），且颜色变淡，说明修饰的杂化催化材料在还原剂NaBH4的存在下，可以催化还原分解大量的PNP。因此，本实验说明该专利所提供装置中的杂化催化材料在NaBH4的存在下，可以催化还原大量的PNP，达到降解的目的。
实验组B：实验体系a，待检测溶液体系中含有OP（6 mmol/L）时，通过注射器将该溶液以4 μL/s的打出速度经过修饰杂化催化材料的滤膜过滤器，打到离心管中，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图8的B图曲线a）。
对照实验体系b，在含有OP（6 mmol/L）的待检测溶液体系中加入还原剂NaBH4（50mmol/L），其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图8的B图曲线b）；对照实验体系c，滤膜过滤器未修饰杂化催化材料时，其余条件与上述实验体系a条件相同，观察体系颜色变化，进行紫外-可见分光光度检测（见图8的B图曲线c）。
如图8的B图所示，实验体系a在410 nm处有较明显的吸收峰（曲线a），且体系颜色由无色变为黄色，说明OP被杂化催化材料催化水解；实验体系b在410 nm处的吸收峰消失（曲线b），颜色为无色，说明OP在还原剂NaBH4存在下完全被催化还原降解；实验体系c在410nm处没有相应的吸收峰（曲线c），说明当体系中没有杂化催化材料时，OP在还原剂NaBH4存在下没有发生任何反应。因此，本实验说明该专利提供的装置可实现有机磷农药的串联降解催化。

Claims (7)

1.一种快速检测和降解有机磷农药的装置和应用，其特征在于：所述装置为修饰有表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料的滤膜过滤器，表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料即磷酸铜在展示有有机磷水解酶的微生物表面矿化而得到的杂化材料，通过物理法将其修饰在商业化的滤膜过滤器上而得该装置，利用酶的定向效应和无机材料的多种催化功能，该装置既可实现有机磷农药选择性、实时、可视化检测又可实现有机磷农药的多途径快速降解。
2.根据权利要求1所述的一种快速检测和降解有机磷农药的装置，其特征在于其具体制备过程如下：
（1）通过微生物表面展示技术将有机磷水解酶展示在微生物外表面，即得到表面展示有有机磷水解酶的微生物；
（2）将可溶性铜盐加入到含有步骤（1）中所得表面展示有有机磷水解酶的微生物的磷酸盐缓冲液中，室温下静止24小时，得到表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料；
（3）通过注射器将一定量步骤（2）中所得到的表面展示有有机磷水解酶的微生物-磷酸铜杂化催化材料注入到商业化的滤膜过滤器中，室温或4 ℃下干燥，即得所述装置。
3.根据权利要求1、2所述的一种快速检测和降解有机磷农药的装置，其特征在于：所述商业化的滤膜过滤器可以是孔径0.1 μm-1 μm的纤维素滤膜（醋酸纤维素滤膜或硝酸纤维素滤膜）过滤器或尼龙滤膜过滤器；微生物可以是大肠杆菌、酵母等单细胞微生物；可溶性铜盐可以是硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等。
4.根据权利要求1-3所述的一种快速检测和降解有机磷农药的装置的应用，其特征在于所述装置可用于农药检测，其检测应用过程如下：
（1）将可能含有有机磷农药的待检测溶液装入注射器，并将该注射器口与所述装置相连；
（2）借助注射器将待检测溶液以一定打出速度通过所述装置打入离心管中；
（3）观察离心管中溶液颜色，若溶液由无色变为黄色，则说明待检测溶液中含有有机磷农药，从而实现可视化定性检测；
（4）利用分光光度计检测步骤（2）所述离心管中溶液相应的吸光值，因其与有机磷农药的化学定量关系而实现定量检测。
5.根据权利要求1-4所述的一种快速检测和降解有机磷农药的装置的应用，其特征在于所述装置可用于农药串联降解，其降解应用过程Ⅰ如下：
（1）将含有一定浓度的过氧化氢溶液加入到含有机磷农药的溶液中，并装入注射器，将该注射器口与所述装置相连；
（2）借助注射器将待检测溶液以一定打出速度通过所述装置打出，即实现农药降解。
6.根据权利要求1-5所述的一种快速检测和降解有机磷农药的应用，其特征在于所述装置可用于农药串联降解，其降解过程Ⅱ如下：
（1）将含有一定浓度的硼氢化钠溶液加入到有机磷农药的待检测溶液中，并装入注射器，将该注射器口与所述装置相连；
（2）借助注射器将待检测溶液以一定打出速度通过所述装置打出，即实现农药降解。
7.根据权利要求1-6所述的一种快速检测和降解有机磷农药的应用，其特征在于：所述检测农药可为对氧磷、甲基对氧磷，对硫磷或甲基对硫磷等有机磷类农药。
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