乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器及环境分析应用研究

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随着人们对环境质量要求的提高,由农药残留引起的安全问题越来越受到人们的关注。近年来,高效、低残留、降解速度快的农药品种不断涌现,使得农药在农产品和环境中残留量很低,对农药残留检测技术提出了更高的要求。农药残留速测技术的不断发展,促使农药残留检测技术朝着快速、方便、灵敏可靠的方向发展。生物传感器法是目前农药残留速测技术中的研究热点,其中乙酰胆碱酯酶电流型生物传感器在有机磷农药的检测领域有着广泛的应用,近年来已有很多此方面的报道。 本文基于生物传感技术和酶抑制原理,研制了用于快速检测有机磷和氨基甲酸酯类农药的生物传感器,主要研究内容包括以下三个部分: 1、综述了乙酰胆碱酯酶生物传感器测定有机磷及氨基甲酸酯类农药的研究进展和应用,并对酶的固定化方法及电子媒介体的研究进展作了介绍和评价。 2、分别以液体石蜡和环氧树脂为粘合剂,用再生丝素粉末固定酶,7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(TCNQ)为电子媒介体制备了两种用于农药测定的乙酰胆碱酯酶电极。对生物传感器的制备条件、工作条件进行了优化,并探讨了发生在电极表面的电催化机理。实验发现:以液体石蜡为粘合剂制备的传感器由于粘合力不够,不能用于农药的测定;而以环氧树脂为粘合剂的生物传感器对硫代胆碱的响应速度快、灵敏度高。采用计时安培法对氧化乐果和克百威进行检测,当其浓度分别在5.0×10-8~5.0×10-6g/L和5.0×10-8~1.0×10-3g/L范围内时,抑制率与其浓度的对数呈线性关系,检测限可分别达到1.9×10-8g/L和4.7×10-8g/L。考察了此传感器对于实际样品的分析,获得了很好的回收率和重现性结果。实验结果表明,本法简便快速,费用低廉,灵敏度高,检测限低,在蔬菜、水果等农产品中有机磷和氨基甲酸酯农药残留的快速检测中有着良好的应用前景。 3、利用戊二醛交联法将乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白固定在羧基化多壁碳纳米管修饰玻碳电极表面,制备了可应用于有机磷农药测定的新型乙酰胆碱酯酶生物传感器,并确定了最佳工作条件。该传感器测定有机磷农药辛硫磷和氧化乐果的线性范围分别为5.0×10-4~5.0×10-1g/L和1.0×10-3~5.0×10-1g/L,线性相关系数分别为0.9977和0.9987,最低检测限分别为3.6×10-4g/L和5.9×10-4g/L。当生物传感器每次测定完农药后,表面的乙酰胆碱酯酶受到抑制,可用0.1mol/L的2-吡啶醛肟甲基碘化物(2-PAM)对其进行活化,用于下一次的测定。实验结果表明,若电极每次都测定1.0×10-2g/L的农药,采用此法活化,经过6次测定之后,酶的活性将降低到初始值的85%。该传感器具有灵敏度高、重现性好、响应速度快等优点。
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