專利名稱：甲基對硫磷農藥殘留量的電致化學發(fā)光檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及甲基對硫磷農藥殘留量的電致化學發(fā)光檢測裝置，屬于分析測試領域。本案基于納米氧化鋯對含磷基團有很強的吸附性能，能夠在魯米諾溶液中增強其電致化學發(fā)光信號，通過制備納米氧化鋯修飾電極，構建針對甲基對硫磷的電致化學發(fā)光傳感器，實現甲基對硫磷農藥殘留量的快速檢測。
背景技術：
農藥殘留(Pesticide residues)是在農業(yè)生產中施用農藥后一部分農藥直接或間接殘存于谷物、蔬菜、果品、畜產品、水產品以及土壤和水體中的現象。農藥殘留隨著農藥的大量生產和廣泛使用而產生，農藥進入糧食、蔬菜、水果、魚、蝦、肉、蛋、奶中，造成食物污染，長期食用農藥殘留超標的農副產品，蓄積在人的體內，可能引起慢性中毒，導致疾病的發(fā)生，甚至影響下一代。農藥殘留高靈敏度，快速的檢測，是保證公共食品安全衛(wèi)生的有效途徑之一。有機磷農藥甲基對硫磷被廣泛用于小麥、玉米、大豆作物中大部分一年生和多年生闊葉雜草，因此各國政府對其在食品或果蔬中的殘留都有嚴格的限量規(guī)定。目前，甲基對硫磷殘留的檢測方法有氣相色譜法、氣相色譜-質譜聯(lián)用法、免疫分析法、酶法、生物傳感器法等。但是上述的一些儀器分析方法操作復雜，樣品前處理過程繁瑣，時間長，儀器的操作需要專業(yè)技術人員。因此，建立一種靈敏，快速，簡單且干擾小技術方法，為檢測農藥殘留成為一種迫切的需要。在應用分析檢測手段中，電致化學發(fā)光(Electrochemiluminescence)是在化學發(fā)光基礎上發(fā)展起來的一種新的檢測技術，通過電極對含有化學發(fā)光物質的體系施加一定的電壓或者電流，使發(fā)光物質受激發(fā)并躍遷回基態(tài)而發(fā)出光子，因此電化學發(fā)光具有電化學優(yōu)良的選擇性和化學發(fā)光的高靈敏度的優(yōu)點。電致化學發(fā)光技術在在生命分析，環(huán)境監(jiān)測，食品分析檢測等方面有著廣泛的應用，基于其優(yōu)良的特點主要表現為(1)電致化學發(fā)光技術其選擇性高，電致化學發(fā)光是結合電化學和化學發(fā)光兩部分，因為不同的物質發(fā)生的氧化還原反應的電位是不同的，表現在循環(huán)伏安曲線上就是不同電位出現氧化還原峰， 這樣根據峰電位的變化可以針對不同的物質有響應曲線。(2)靈敏度高，化學發(fā)光的高靈敏度同樣適用于電致化學發(fā)光，在暗盒當中產生的氧化還原反應沒有外界光源的干擾，通過光電倍增管的檢測，實現高靈敏度的檢測。(3)實驗儀器設備簡單，操作該實驗技術只需要相應的電化學工作站以及檢測光信號的光電倍增管和信號輸出系統(tǒng)，操作方便。(4)耗時短，響應效率高，完成一次循環(huán)伏安掃描只需要3-5分鐘的時間。魯米諾(Luminol)化學名稱為3_氨基鄰苯二甲酰肼，是一種常見的化學發(fā)光試劑，近年來開始研究魯米諾的電致化學發(fā)光性能，在一定條件下，通過掃描循環(huán)伏安法，在電極表面施加電壓，溶液中的魯米諾就會在電極表面發(fā)生氧化還原反應，這樣通過一系列的轉化成光信號，通過光電倍增管檢測到相關信號。當溶液中存在具有電活性的有機磷農藥時，由于有機磷農藥參與魯米諾的電致化學發(fā)光反應，使其電致化學發(fā)光信號增強，通過不同濃度的有機磷農藥使其參與的魯米諾電致化學發(fā)光增強信號不同，由此可以對有機磷農藥進行定量分析，對樣品中目標物質定量檢測。目前，在通過納米氧化鋯修飾電極富集有機磷農藥在修飾電極表面，通過傳統(tǒng)的電化學方法檢測雖有報道，但是其檢測靈敏度均不高，且其檢測范圍也很窄，電致化學發(fā)光的分析方法其高的靈敏度，寬的線性范圍已經有大量文獻報道，該電致化學發(fā)光分析方法普遍比傳統(tǒng)的電化學分析方法一般高2 3個數量級；然而，針對甲基對硫磷農藥殘留的電致化學發(fā)光檢測，尤其是通過增強魯米諾電致化學發(fā)光來檢測甲基對硫磷農藥殘留其技術尚未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題是，提供一種針對甲基對硫磷農藥殘留的高靈敏度、快速、 簡單、選擇性高的檢測裝置。本案通過以下方案解決上述問題，該方案詳述如下本案的裝置是基于納米氧化鋯能夠吸附有機磷農藥，且能夠增強電致化學發(fā)光信號的檢測裝置，具有高靈敏度，快速，簡單，選擇性高等優(yōu)點，能夠適用于快速在線檢測甲基對硫磷農藥殘留。本案工作電極是進行了工作面修飾的玻碳電極，在該玻碳電極的工作面即電極表面修飾一層納米氧化鋯，使其能夠穩(wěn)定的固定在電極表面，在溶液中富集不同濃度的甲基對硫磷農藥，用于電致化學發(fā)光分析方法檢測。儀器裝置一種檢測有機磷農藥殘留的裝置包括有電致化學發(fā)光系統(tǒng)，化學傳感器，電解池，數據采集系統(tǒng)。化學傳感器包括用納米氧化鋯修飾的玻碳電極，Ag/AgCl參比電極，鉬絲對電極組成的三電極系統(tǒng)；電解池包括檢測底液，固定電極裝置；電致化學發(fā)光系統(tǒng)包括電化學工作站，光電倍增管以及計算機采集數據。實驗方案工作電極是用納米氧化鋯修飾的玻碳電極，以Ag/AgCl參比電極，鉬絲對電極組成三電極體系在底液中掃描循環(huán)伏安實驗，同步記錄電化學信號以及電致化學發(fā)
光信號。本案裝置結構綜合描述如下結構中包括電解池，以及，裝設于電解池下方的光電倍增管，以及，所述電解池裝設在暗盒之內，以及，工作電極，以及，對電極，以及，參比電極， 所述對電極是鉬絲電極，所述參比電極是Ag/AgCl電極，所述工作電極是玻碳電極，該玻碳電極的工作面直徑為3mm，該玻碳電極是其工作面修飾有納米二氧化鋯的玻碳電極，所述工作電極以及對電極以及參比電極的工作端的裝設位置是在電解池內的電解池底液的液面以下的位置。本案中采用的有機磷農藥是甲基對硫磷，干擾物質選有結構相似的物質以及常見的農藥和離子。三電極系統(tǒng)中涉及到的參比電極和對電極均為微型化尺寸的電極，其電極外形是我們常見的圓柱型，以保證能夠同工作電極放置于同一液面范圍。涉及到的干擾物質是常見的幾種農藥噻吩磺隆，硝基苯，硫酸根離子，硝酸根離子和磷酸根離子。本案實施方法步驟
(I)修飾電極的制備稱取20mg的納米氧化鋯超聲分散于IOmL的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，然后吸取IOuL的該溶液滴于拋光好的電極表面，自然晾干。(2)電致化學發(fā)光檢測構件由修飾電極，參比電極(Ag/AgCl)，對電極(鉬絲電極)組成三電極體系；電解池，光電倍增管以及電化學工作站。(3)修飾電極置于電解池中，電解池底液組成為0. lmol/L的KCl溶液中含有
I.0Xl(T5mol/L 魯米諾，pH 值為 7. O。(4)設置適宜的掃描范圍，掃描速率，靈敏度，光電倍增管負高壓以及放大倍數，用于檢測輔助電極和工作電極之間的電流以及產生的電致化學發(fā)光信號。(5)數據采集系統(tǒng)，包含有電化學輸出以及數據采集軟件。(6)數據結果輸出與報告。測定的實際樣品是采集于瓜果蔬菜市場所購買的相關蔬菜水果。本案檢測原理在Luminol電致化學法光體系中，修飾電極在I. 0 X 10_5mol/L魯米諾底液中(包含0. lmol/L的KCl),電致化學發(fā)光信號記為背景信號。在修飾電極表面吸附一定濃度的甲基對硫磷以后，將此電極置于上面相同底液中掃描電致化學發(fā)光信號。這樣根據電致化學發(fā)光信號的變化值來檢測甲基對硫磷的含量。本案通過采用掃描循環(huán)伏安法(Cyclic voltammetry,CV)在修飾電極表面施加電壓，這樣使魯米諾在電極表面產生氧化還原反應，在這個過程中通過光電倍增管記錄產生的光強。由于電化學分析靈敏但電流信號很弱，而檢測發(fā)光信號的光電倍增管很靈敏，這樣結合兩者優(yōu)點，使其同時具有電化學分析的靈敏和檢測發(fā)光信號的高靈敏，能夠準確的進行檢測低含量的目標物質。本案優(yōu)點在于，本案中的工作電極，具有針對甲基對硫磷的特異的敏感性，由此達成了針對甲基對硫磷的高感、快速的檢測。


圖I是本發(fā)明裝置的修飾電極在不同濃度的溶液中電致化學發(fā)光響應曲線；圖2是納米氧化鋯修飾電極在未吸附和吸附甲基對硫磷后電致化學發(fā)光行為。圖3是未修飾納米氧化鋯的電極在未吸附和吸附甲基對硫磷后電致化學發(fā)光行為。
具體實施例方式本發(fā)明檢測農藥殘留甲基對硫磷的裝置，由修飾電極，電解池，數據輸出、采集和處理系統(tǒng)組成。整個三電極體系包括工作電極，參比電極，輔助電極，各電極通過一個橡膠板固定在同一個平面上。工作電極為納米氧化鋯修飾電極，參比電極為Ag/AgCl電極，輔助電極為鉬絲電極。電解池包含檢測底液，底液是0. lmol/L的KCl中含有I. 0 X 10_5mol/L魯米諾，pH 值為7.0。數據輸出、采集系統(tǒng)包含有電化學工作站，光電倍增管，數據采集軟件，數據傳輸電纜?；瘜W修飾傳感器通過數據傳輸電纜與電化學工作站，光電倍增管，數據采集軟件相聯(lián)。化學修飾傳感器的制備以及操作方法(I)將玻碳電極在0. 3-0. 05 ii m的Al2O3粉末上拋光成鏡面，用乙醇和二次蒸餾水超聲清洗，然后將電極在0. lmol/L的KCl中含有0. OOlmoVLK3Fe (CN)6的溶液中掃描循環(huán)伏安實驗，直到得到一個很好的氧化還原可逆峰。(2)準確稱取20mg的納米氧化鋯，散于IOmL的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中超聲 30min使納米氧化鋯在DMF中分散均勻。(3)吸取10 y L納米氧化鋯-DMF的分散液滴于上述處理好的玻碳電極表面，使其均勻鋪展在玻碳電極表面，然后自然晾干，約30min。(4)將此修飾后的電極置于上述同樣的0. lmol/L的KCl中含有0. OOlmol/ LK3Fe (CN) 6的溶夜中檢驗，檢驗是否修飾上納米氧化鋯。(5)將此電極在魯米諾(1.0X10_5mol/L)/KCl(0. lmol/L)中掃描背景信號，掃描條件分別為掃描速率0. lV/s，掃描范圍是-0.8 0. 6V，光電倍增管負高壓是750V，增益為3,發(fā)光信號記為I。。(6)此修飾電極浸泡在甲基對硫磷的標準溶液中吸附240s，然后用二次蒸餾水沖洗60s，將此電極按照步驟(5)的實驗條件在相同的溶液中掃描電致化學發(fā)光信號。電致化學發(fā)光信號記為Is。(7)電極的再生吸附過甲基對硫磷的修飾電極在掃描過電致化學發(fā)光信號后， 然后將此電極在0. 5mol/L的NaOH-CH3OH溶液中浸泡IOmin以除去吸附在電極表面的甲基對硫磷分子。(8)定量的方法將空白的修飾電極在不同濃度的甲基對硫磷中吸附240s后然后檢測電致化學發(fā)光信號，分別記為I1, I2, I3……，然后扣除背景信號Itl,得到A I，這樣根據 AI與對應濃度的關系得到一條線性關系。樣品的采集與處理(I)在蔬菜市場采集一些相關常見的蔬菜以，比如有菠菜，卷心菜等。(2)樣品的采集將采集回來的蔬菜樣品全部粉碎，然后稱取500g搗碎過后的樣品放入高速搗碎機中搗碎均勻，分出200g作為試樣，裝入到一個清潔容器中備用。(3)稱取25g搗碎均勻的試樣，加入25mL 二次蒸餾水攪拌2h，然后離心，取上清液。分別重復三次，合并在一起，即試液制備成功。處理結果與輸出定量的計算方法(I)納米氧化鋯修飾電極在魯米諾(I. OX 10_5mol/L)/KCl (0. lmol/L)中的電致化學發(fā)光信號(背景信號)I。。(2)納米氧化鋯修飾電極在一定濃度的甲基對硫磷/KCl (0. lmol/L)中浸泡240s 后用二次蒸餾水沖洗60s然后在魯米諾(1.0X10_5mol/L)/KCl(0. lmol/L)中的電致化學發(fā)光信號Is。(3) A I = Is-I0,這樣根據A I與對應的濃度C，以濃度為橫軸，A I為縱軸，擬合一條線性曲線，測得實際樣品的Al即可以求出相應的濃度。本案裝置的結構當然還包括與工作電極以及對電極以及參比電極以及光電倍增管聯(lián)接的電化學工作站以及光電信號記錄儀以及數據處理用微機系統(tǒng)等等附件。本案裝置的結構也自然包括電解池中電極支架等附件。
權利要求
I.甲基對硫磷農藥殘留量的電致化學發(fā)光檢測裝置，該裝置的結構包括電解池，以及， 裝設于電解池下方的光電倍增管，以及，所述電解池裝設在暗盒之內，以及，工作電極，以及，對電極，以及，參比電極，所述對電極是鉬絲電極，所述參比電極是Ag/AgCl電極，所述工作電極是玻碳電極，該玻碳電極的工作面直徑為3mm，該玻碳電極是其工作面修飾有納米二氧化鋯的玻碳電極，該玻碳電極的工作面的修飾方法其主要步驟如下(1)將玻碳電極在0.3-0. 05 ii m的Al2O3粉末上拋光成鏡面，用乙醇和二次蒸餾水超聲清洗，然后將電極在0. lmol/L的KCl中含有0. 001 mol/L K3Fe (CN)6的溶液中掃描循環(huán)伏安實驗，直到得到一個很好的氧化還原可逆峰；(2)準確稱取20mg的納米氧化鋯，散于IOmL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中超聲30min 使納米氧化鋯在DMF中分散均勻；(3)吸取10y L納米氧化鋯-DMF的分散液滴于上述處理好的玻碳電極表面，使其均勻鋪展在玻碳電極表面，然后自然晾干，約30min ；電解池中的溶液也就是電解池底液其組成是0. lmol/L的KCl溶液中含有 I. OX 10_5mol/L的3-氨基鄰苯二甲酰肼，該電解池底液的pH值為7. 0 ;所述工作電極以及對電極以及參比電極的工作端的裝設位置是在電解池內的所述電解池底液的液面以下的位置；以及，該裝置的使用方法包括如下主要步驟A，將此工作電極在魯米諾(1.0X10_5mol/L)/KCl(0. lmol/L)中掃描背景信號，掃描條件分別為掃描速率0. lV/s，掃描范圍是-0. 8 0. 6V，光電倍增管負高壓是750V，增益為3,發(fā)光信號記為Itl ；B，將此工作電極浸泡在甲基對硫磷的標準溶液中吸附240s，然后用二次蒸餾水沖洗 60s，將此工作電極按照步驟A的實驗條件在相同的溶液中掃描電致化學發(fā)光信號；該電致化學發(fā)光信號記為Is ；C，工作電極再生步驟吸附過甲基對硫磷的工作電極在掃描過電致化學發(fā)光信號后， 進行該電極的再生步驟，該步驟是將此工作電極在0. 5mol/L的NaOH-CH3OH溶液中浸泡 IOmin以除去吸附在工作電極表面的甲基對硫磷分子；D，針對甲基對硫磷定量的步驟將空白的工作電極在不同濃度的甲基對硫磷中吸附 240s后然后檢測電致化學發(fā)光信號，分別記為I1, I2, I3……，然后扣除背景信號Itl，得到 A I，這樣根據Al與對應濃度的關系得到一條線性關系；E，將測得的實際樣品的△ I與步驟D所述線性關系比對，得出甲基對硫磷濃度。
全文摘要
本發(fā)明涉及甲基對硫磷農藥殘留量的電致化學發(fā)光檢測裝置，屬于分析測試領域。甲基對硫磷農藥殘留量的高靈敏度、快速、高效、易于操作的檢測技術的研發(fā)，一直是農藥殘留分析領域的一個重要關注焦點，本案聚焦于該焦點。本案裝置是一種三電極電致化學發(fā)光檢測裝置，裝置中電解池底液成分為魯米諾/KCl溶液，工作電極為玻碳電極，在該玻碳電極的工作面上修飾有納米二氧化鋯。本案工作電極對于農藥甲基對硫磷有特異敏感性，本案裝置達成了針對甲基對硫磷農藥殘留的高感、快速的檢測。
文檔編號G01N27/48GK102539417SQ20111046279
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者侯建國, 周漢坤, 周靖, 干寧, 曾少林, 李天華, 李榕生 申請人:寧波大學