甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器及其制備方法。該傳感器包括玻碳電極，在玻碳電極上覆蓋羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層，在所述羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層上具有與甲基對硫磷分子對應(yīng)的分子印跡孔穴。其制備方法包括羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料的合成、用石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾玻碳電極、形成甲基對硫磷分子印跡膜板、去除甲基對硫磷分子印跡膜板分子四個步驟。通過電化學(xué)性能測試，本發(fā)明甲基對硫磷分子印跡傳感器的靈敏度較高，用甲基對硫磷溶液濃度為4×10-8mol.L-1與濃度為0對比，電流曲線發(fā)生了明顯變化，實現(xiàn)了對低濃度甲基對硫磷進(jìn)行微痕量檢測。
【專利說明】 甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分子印跡電化學(xué)傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]甲基對硫憐是一種典型聞效的有機憐酸酷類農(nóng)藥，具有聞毒、劇毒等特點，被廣泛作用于農(nóng)業(yè)殺蟲劑。目前我國農(nóng)藥的生產(chǎn)仍以殺蟲劑為主，農(nóng)藥的使用量尤其廣泛，就作物而言，我國單位面積農(nóng)藥用量最大的占農(nóng)作物播種面積10%的蔬菜，而蔬菜中農(nóng)藥殘留問題最為嚴(yán)重。由于我國農(nóng)藥現(xiàn)實的生產(chǎn)、使用狀況，每年因食用蔬菜而中毒的時間更是屢見不鮮。另外，農(nóng)藥的非法使用導(dǎo)致其他食品安全事件時有發(fā)生，據(jù)中國農(nóng)科院的一項統(tǒng)計資料表明，有機氯和擬除蟲類沒有或略超過國家最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn)，不是造成蔬菜產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)的主要原因。目前造成蔬菜質(zhì)量安全問題的主要原因是有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥，蔬菜中農(nóng)藥殘留超標(biāo)的主要是農(nóng)藥品種是使用了國家禁止在蔬菜上應(yīng)用的高毒農(nóng)藥。農(nóng)藥殘留問題不僅嚴(yán)重影響國民的身體健康，而且對我國農(nóng)產(chǎn)品出口產(chǎn)生了巨大沖擊。因此，發(fā)展高靈敏度、高選擇性、快速、可靠、低成本的農(nóng)藥殘留分析方法顯得極為重要。
[0003]目前廣泛用于檢測農(nóng)藥殘留的技術(shù)手段利用實驗室常規(guī)大型儀器分析，主要包括氣相色譜或氣相色譜法-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)、高效液相色譜法(HPLC)、高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MS)毛細(xì)管電泳與質(zhì)譜聯(lián)用(CE-MS)、多級質(zhì)譜聯(lián)用法等?，F(xiàn)有檢測方法的選擇性差、檢測儀器昂貴成本高、樣前處理要求高，不易于推廣和現(xiàn)場測定缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器，它對甲基對硫磷溶液的甲基對硫磷的選擇識別性好，檢測靈敏度高。本發(fā)明還提供一種甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器的制備方法。
[0005]要解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器，它包括玻碳電極，在玻碳電極上覆蓋羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層，在所述羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層上具有與甲基對硫磷分子對應(yīng)的分子印跡孔穴。
[0006]上述甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器的制備方法包括以下步驟:
1、羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料的合成
取定量的羧基石墨烯溶于HAuCl4，超聲震蕩直至得到懸濁液，向懸濁液中緩慢加入NaBH4作為還原劑還原Au，并用攪拌子不斷攪拌反應(yīng)液，將反應(yīng)液與合成的復(fù)合材料通過離心分離，移除上層清液再用去離子水洗滌下層的復(fù)合材料數(shù)次，再轉(zhuǎn)至真空烘箱中烘干，即得到羧基石墨烯-納米金的復(fù)合材料；
2、用石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾玻碳電極
將玻碳電極的預(yù)處理，再將羧基石墨烯-納米金的復(fù)合材料溶于DMF中，配制其濃度為
1.0?1.5mg.ml/1,取上述混合液4yL?10 μ L涂于打磨拋光干凈的玻碳電極表面上,讓其自然晾干；
3、形成甲基對硫磷分子印跡膜板
將甲基對硫磷分子印跡液5 μ L~10 μ L均勻的滴涂在步驟2制得的石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾的玻碳電極上，將其置于真空烘箱內(nèi)熱聚合20小時以上；
4、去除甲基對硫磷分子印跡膜板分子
用體積比為1:9的乙酸甲醇混合為洗脫液，采用磁力攪拌，洗脫時間至少3min ;并以K3[Fe (CN)6]和KCl為背景溶液作循環(huán)伏直至峰電流不再變化，確定模板分子被完全洗脫。
[0007]通過電化學(xué)性能測試，本發(fā)明甲基對硫磷分子印跡傳感器的靈敏度較高，甲基對硫磷溶液濃度為4X 10_8 mol.L-1與濃度為O對比，電流曲線發(fā)生了明顯變化，實現(xiàn)了對低濃度甲基對硫磷進(jìn)行微痕量檢測。
[0008]對甲基對硫磷分子印跡傳感器電化學(xué)性能的測試包括:
(I)循環(huán)伏安法檢測:選用幾種不同的甲基對硫磷電化學(xué)傳感器，作為上述甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器的對比，以這些電化學(xué)傳感器為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉬絲為對電極；并以5mMK3[Fe (CN)6]以及0.1 mol.T1KCl的混合液為背景溶液，采用CV法對工作電極進(jìn)行檢測，獲得對比的測試曲線。
[0009](2)差分脈沖法檢測:用DPV法對不同濃度的甲基對硫磷進(jìn)行檢測，以PBS為背景液，配制甲基對硫磷溶液，濃度范圍在IO^8 mol.1-1~10_6 !!^.!^，取。、〗※！。-8 mol.L—1、4X 10 8 mol.L \8X 10 8 mol.L \2X 10 7 mol.L \4X 10 7 mol.L \8X 10 7 mol.L \2X 10 6mol.L_1>4X IO-6 mol.L'8X 10_6mol.L—1條件下,測試上述甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器的電流響應(yīng)的線性關(guān)系。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本發(fā)明的【專利附圖】

【附圖說明】如下:
圖1為不同電極在5X10_3 mol.1/1 K3[Fe (CN)6]以及0.1 mol.T1KCl的混合液中的循環(huán)伏安圖；
圖2為本發(fā)明的電化學(xué)傳感器以PBS為背景液，濃度檢測范圍在10_8 mol.1-1~10_6mol.L—1的甲基對硫磷差分脈沖圖。
[0011]圖1中:a石墨烯/納米金復(fù)合材料電極； b裸玻碳電極；
c去除模板分子印跡電極；
d去除模板分子后與2X 10_5 mol.1-1甲基對硫磷重新結(jié)合的印跡電極； e非分子印跡電極。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
本發(fā)明的構(gòu)思是:采用石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾在玻碳電極上作為基底電極，將甲基對硫磷分子印跡液滴加在修飾好基底電極表面上，通過熱聚合法形成分子印跡膜，再采用合適的洗脫劑和洗脫方法去除模板分子，使該傳感器膜留下對甲基對硫磷分子識別的分子印跡孔穴；因為印跡孔穴具有與特定結(jié)構(gòu)的模板分子相結(jié)合的特性，表現(xiàn)出與相應(yīng)的模板分子具有較高的選擇性，所以本發(fā)明的甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器實現(xiàn)了對甲基對硫磷良好的選擇識別性。
[0013]本發(fā)明的甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器包括玻碳電極，在玻碳電極上覆蓋羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層，在所述羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層上具有與甲基對硫磷分子對應(yīng)的分子印跡孔穴。
[0014]制備甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器的方法包括以下步驟:
1、羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料的合成
取Irng的羧基石墨烯溶于5mLHAuCl4溶液中，超聲震蕩30min直至得到懸濁液；向懸濁液中緩慢加入5mL40mMNaBH4，并通過攪拌子不斷攪拌30min，將反應(yīng)液與合成的復(fù)合材料通過離心分離，移除上層清液再用去離子水洗滌下層的復(fù)合材料數(shù)次，再轉(zhuǎn)至真空烘箱中烘干，即得到羧基石墨烯-納米金的復(fù)合材料；
2、用石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾玻碳電極
玻碳電極的預(yù)處理:將玻碳電極在鹿皮上依次用1.0um、0.3um、0.5um的氧化招粉上拋光，然后置于體積比是1:1的硝酸中超聲5min,再置于無水乙醇中超聲5min,最后在一定濃度的鐵氰化鉀溶液中作CV，直至氧化峰和還原峰的差值小于SOmV以下，保存在超純水中備用；
羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾電極:取上述羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料Img溶解在ImLDMF中，超聲震蕩30min，取4 μ L~10 μ L均勻的滴涂在預(yù)處理的玻碳電極上，自然晾干，即得。
[0015]3、形成甲基對硫磷分子印跡膜板
分子印跡液制備:向4.5mL溶劑乙`醇中，依次加入0.25mM模板分子甲基對硫磷、ImM功能單體甲基丙烯酸、5mM交聯(lián)劑二甲基丙烯酸乙二醇酯、12mg引發(fā)劑劑偶氮二異丁氰超聲波溶解5~IOmin,通入氮氣5min ；
取5 μ L~10 μ L分子印跡液均勻涂在步驟2制得的羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾玻碳電極表面上，將其置于60°C的真空烘箱內(nèi)熱聚合24小時。
[0016]4、去除甲基對硫磷分子印跡膜板分子
用體積比為1:9的乙酸甲醇混合為洗脫液，采用磁力攪拌，洗脫時間至少3min ;并以K3[Fe (CN)6]和KCl為背景溶液作循環(huán)伏直至峰電流不再變化；再用去離子水洗去制得的甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器(簡稱分子印跡電極)表面上的甲醇乙酸溶液，然后將該分子印跡電極保存于去離子水中備用。
[0017]甲基對硫磷分子印跡傳感器的電化學(xué)性能測試
(I)循環(huán)伏安法檢測:
取30mL5mMK3[Fe(CN)6]以及0.lmol.LlCl的混合液為背景液，用CHI660E型電化學(xué)工作站循環(huán)伏安法對不同玻碳電極進(jìn)行掃描，工作電位-0.5~1.0V，掃描速度0.1V -S^10用不同的玻碳電極為工作電極，這些電極有:a石墨烯-納米金復(fù)合材料電極；b裸玻碳電極；c去除模板分子印跡電極；d去除模板分子后與2X 10_5 mol.L-1甲基對硫磷重新結(jié)合的印跡電極；e非分子印跡電極(指未經(jīng)步驟3和步驟4處理的玻碳電極)。飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲為對電極，構(gòu)成三電極體系，并以Fe(CN)63_為探針掃描的循環(huán)伏安圖見圖1。
[0018]如圖1所示，K3[Fe (CN)6]在石墨烯_納米金復(fù)合材料電極a的峰電流最大，因為復(fù)合材料本身就是具有良好導(dǎo)電性；b電極比a電極峰電流小，因為b是裸電極沒有修飾材料故導(dǎo)電性比a電極弱；去除模板分子后與2X 10-5mol/L重新結(jié)合的印跡電極d比去除模板分子電極c峰電流較小，是因為c電極在去除模板分子后，在印跡膜表面產(chǎn)生了許多“孔穴”，當(dāng)甲基對硫磷與分子印跡電極作用后，由于印跡膜上的“孔穴”被模板分子不同程度的堵塞，形成了 d峰電流低于c ;非分子印跡電極e峰電流最小，因為非分子印跡膜上有致密的表面結(jié)構(gòu)，從而阻礙了 Fe(CN)63-向電極表面擴散導(dǎo)致其沒有峰電流出現(xiàn)；以上說明分子印跡膜成功修飾在電極上。
[0019](2)差分脈沖法檢測:
以pH=6.86的PBS緩沖液為背景液，配制甲基對硫磷溶液，濃度范圍在10-8~10_6mOl/L,O ；2X 10 8 mol.L1 ；4X 10 8 mol.L1 ；8X 10 8 mol.L1 ；2X 10 7 mol.L 1 ；4X 10 7 mol.L 1 ；8X1(T7 mol.L-1 ;2Χ10-6 mol.L-1 ;4Χ10-6 mol.L-1 ;8Xl(T6mol.L' 以分子印跡電極為工作電極，用差分脈沖法進(jìn)行測定，工作電位-0.8~0.4V，掃描速度0.1V.S—1，脈沖振幅50mV，配制脈沖周期0.2s,脈沖寬度50ms,吸附時間5min。甲基對硫磷在10-8~10-6 mol.L-1濃度范圍內(nèi)與電流呈現(xiàn)良好變化趨勢見圖2。
[0020]如圖2所示，研究甲基對硫磷溶液在10_8 mol.L-1~10_6 mol.L-1不同濃度范圍，隨著濃度的增加峰電流依次增大，因為甲基對硫磷上的-NO還原成-ΝΗ0Η，當(dāng)分子印跡電極與不同濃度的甲基對硫磷作用時，甲基對硫磷的濃度越大發(fā)生還原能力就越強，峰電流就越大。
[0021]從圖2中可以看出:本發(fā)明的甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器靈敏度較高，在甲基對硫磷溶液濃度為4X 10_8 mol.L-1時，與濃度為O的電流對比，曲線發(fā)生了明顯變化，峰電流越來越大，能實現(xiàn)對低濃度甲基對硫磷進(jìn)行微痕量檢測。使用本發(fā)明的甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器能實現(xiàn)甲基對硫磷毒性物質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器，包括玻碳電極，其特征是:在玻碳電極上覆蓋羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層，在所述羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層上具有與甲基對硫磷分子對應(yīng)的分子印跡孔穴。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的甲基對硫磷分子印跡電化學(xué)傳感器的方法，包括以下步驟: (1)羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料的合成； (2)用石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾玻碳電極,在玻碳電極上覆蓋羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層； (3)在石墨烯-納米金復(fù)合材料修飾的玻碳電極上，形成甲基對硫磷分子印跡膜板； (4)去除甲基對硫磷分子印跡膜板分子，在羧基石墨烯-納米金復(fù)合材料涂層上產(chǎn)生甲基對硫磷分子印跡孔穴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是:所述步驟(I)中，取定量的羧基石墨烯溶于HAuCl4,超聲震蕩直至得到懸濁液，向懸濁液中緩慢加入NaBH4作為還原劑還原Au，并用攪拌子不斷攪拌反應(yīng)液，將反應(yīng)液與合成的復(fù)合材料通過離心分離，移除上層清液再用去離子水洗滌下層的復(fù)合材料數(shù)次，再轉(zhuǎn)至真空烘箱中烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是:所述步驟(2)中，將玻碳電極的預(yù)處理，再將羧基石墨烯-納米金的復(fù)合材料溶于DMF中，配制其濃度為1.0?1.5mg.ml/1,取上述混合液4μ L?10 μ L涂于打磨拋光干凈的玻碳電極表面上，讓其自然晾干。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是:所述步驟(3)中，將甲基對硫磷分子印跡液5 μ L?10 μ L均勻的滴涂在步驟2制得的石墨烯_納米金復(fù)合材料修飾的玻碳電極上，將其置于真空烘箱內(nèi)熱聚合20小時以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是:所述步驟(4)中，用體積比為1:9的乙酸甲醇混合為洗脫液，采用磁力攪拌，洗脫時間至少3min ;并以K3[Fe(CN)6]和KCl為背景溶液作循環(huán)伏直至峰電流不再變化，確定模板分子被完全洗脫。
【文檔編號】G01N27/26GK103675050SQ201310702806
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】法煥寶, 毛亞麗, 杜艷秋, 尹偉, 成艷梅, 侯長軍, 霍丹群, 羅小剛 申請人:重慶大學(xué)