用于農(nóng)藥西維因檢測的電化學發(fā)光傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于鈷酞菁模擬酶性質、乙醇淬滅特性的農(nóng)藥西維因電化學發(fā)光方法的建立，屬于電化學發(fā)光傳感領域。首先利用簡單的平衡吸附法制備了鈷酞菁和石墨烯氧化物的復合材料（GO-CoPc）；然后將其修飾在玻碳電極表面，利用復合材料的模擬酶性質和信號放大作用，以luminol為發(fā)光劑，乙醇為信號淬滅劑構建電化學發(fā)光傳感平臺；進一步在體系中加入不同濃度的西維因標準溶液進行測定，得到西維因濃度和電化學發(fā)光強度之間的對應關系，建立了靈敏檢測農(nóng)藥西維因的傳感平臺。本發(fā)明旨在發(fā)明一種制備工藝簡單，靈敏度高、檢測成本低的電化學發(fā)光西維因傳感器。
【專利說明】用于農(nóng)藥西維因檢測的電化學發(fā)光傳感器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用鈷酞菁模擬酶性質、乙醇淬滅發(fā)光信號特性構建檢測平臺的電化學發(fā)光傳感器及其制備方法，尤其涉及用于農(nóng)藥西維因檢測的電化學發(fā)光傳感器及其制備方法，屬于電化學發(fā)光傳感領域。
【背景技術】
[0002]西維因(Carbaryl)，又名甲萘威，化學名1_萘基-N -甲基氨基甲酸酯，與有機磷農(nóng)藥混用對多種農(nóng)作物害蟲有明顯的增效作用，可用于141種作物，防治565種害蟲，是一種被廣泛應用的氨基甲酸酯類殺蟲劑。自1953年由美國聯(lián)碳公司首次合成以來，受到了世界上多數(shù)國家的青睞，至今仍為氨基甲酸酯類殺蟲劑的大噸位品種。西維因的大量使用有效解決了農(nóng)作物的病蟲害難題，成為農(nóng)作物增收的重要保證。但由于西維因在土壤、水果、糧食等介質中具有良好的殘效和內(nèi)吸作用，使得西維因通過食物鏈在人體內(nèi)累積，能夠抑制膽堿酯酶的活性使乙酰膽堿在組織中蓄積，從而給人類帶來嚴重的健康問題，主要表現(xiàn)為流涎、惡心、流淚、瞳孔縮小、視力模糊、痙攣等，甚至造成致畸、慢性神經(jīng)中毒等危害，帶來了非常嚴峻的食品安全和環(huán)境污染問題。因此，如何簡便、快速、靈敏地測定西維因殘留量已成為迫在眉睫的重要研究課題。
[0003]目前食品、飼料中西維因的傳統(tǒng)檢測方法主要依靠氣相色譜法、液相色譜法、固相萃取-液相色譜法、液相色譜質譜聯(lián)用技術、毛細管電泳法等。但因其技術含量高(需要專業(yè)人員進行操作)、分析周期長、設備昂貴且需要特殊的測試環(huán)境，所以不易推廣。為了滿足大量樣品的現(xiàn)場快速檢測要求，基于西維因生化特性制得的各種酶試劑盒和速測卡不斷推出，但調查研究表明，許多速測卡的靈敏度、重現(xiàn)性不高但是檢測成本較高，因此多數(shù)僅用于西維因殘留的初步定性篩選。因此，建立簡便、快速、準確和高效的西維因殘留檢測方法，對于解決由西維因殘留超標引起的食品安全和環(huán)境污染，甚至由此涉及的經(jīng)濟貿(mào)易等問題具有重要意義。
[0004]石墨烯是由碳六元環(huán)組成的二維周期蜂窩狀點陣結構，它可以翹曲成零維的富勒烯，卷成一維的碳納米管或者堆垛成三維的石墨，因此石墨烯是構成其他碳材料的基本單元。石墨烯材料還兼具石墨和碳納米管的一些優(yōu)良性質，例如高熱導性和高機械強度。但未功能化的石墨烯的水溶性較差，而且極易通過層層堆積形成類石墨，因此，構造石墨烯復合材料是解決這些問題并充分駕馭石墨烯優(yōu)良性能的有效途徑。另一方面，金屬酞菁能催化生物分子的氧化反應，具有模擬酶的作用，在溶液體系中可以催化溶解氧產(chǎn)生活性氧基團，但其主要的缺點是水溶性較差。因此，可以利用石墨烯具有較大的比表面積、豐富的官能團以及大面積SP2雜化軌道碳結構等性質將其作為優(yōu)良的載體與金屬酞菁復合。目前的研究表明，金屬酞菁/石墨烯納米復合材料可以展現(xiàn)出優(yōu)異的物理化學性能，一方面，所制備的復合材料可以兼具石墨烯和金屬酞菁的各自的性能優(yōu)點；另一方面，因石墨烯與金屬酞菁的相互作用而衍生出許多新的性能。
[0005]本發(fā)明首先利用平衡吸附法成功制備了氧化石墨烯-鈷酞菁(GO-CoPc)納米復合材料，并基于鈷酞菁(CoPc)的模擬酶的性質首次構建了可用于西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器，建立了西維因標準濃度和電化學發(fā)光(ECL)強度之間的對應關系，實現(xiàn)了簡單、靈敏、快速檢測西維因這一典型農(nóng)藥的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種制備工藝簡單、檢測靈敏度高、成本低廉的電化學發(fā)光傳感器。首先，采用平衡吸附法制備了 GO-CoPc復合材料；其次，基于CoPc模擬酶性質將復合材料修飾在玻碳電極表面構建傳感器，并將傳感器置于魯米諾-乙醇溶液中構建電化學發(fā)光傳感體系。最后，通過加入不同濃度西維因建立西維因濃度與ECL強度之間的對應關系，繪制ECL方法靈敏檢測西維因的標準曲線。
[0007]本發(fā)明提供一種基于CoPc模擬酶性質、乙醇淬滅特性的農(nóng)藥西維因電化學發(fā)光方法:首先，以鈷酞菁和氧化石墨為原料，1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6)離子液體為溶劑，采用平衡吸附法制備了 GO-CoPc ;然后將其修飾到玻碳電極(GCE)表面，與甘汞電極、鉬電極構成三電極體系，在魯米諾(Iuminol)溶液中可以采集到較強的ECL信號；加入乙醇之后，由于乙醇的淬滅作用使得ECL信號顯著降低，并在特定濃度使得ECL信號得到最大限度的淬滅；此時，向發(fā)光體系中加入不同濃度的西維因發(fā)現(xiàn)ECL強度隨著西維因濃度的增加而增強。在一定濃度范圍內(nèi)，西維因濃度與ECL信號強度呈現(xiàn)良好的線性關系，由此構建了靈敏檢測西維因的電化學發(fā)光傳感器。
[0008]本發(fā)明中農(nóng)藥西維因檢測傳感器制作方法，包括以下幾個步驟:
Cl) GO-CoPc復合材料的制備:將CoPc和GO加入到離子液體[BM頂]PF6中，超聲10h，離心，半透膜中水洗至溶劑[BMM]PF6完全去除，而后真空干燥制得GO-CoPc納米復合材料，備用。
[0009](2)玻碳電極(GCE)表面預處理:將GCE電極依次用氧化鋁粉末進行打磨處理，循環(huán)伏安法測量電極，將電極置于5 mmol/L鐵氰化鉀溶液,在一 0.2~0.6 V掃描,峰電位差在110 mV以下表明電極預處理完成；然后依次在乙醇、二次蒸餾水中超聲清洗，氮氣吹干備用。
[0010](3)電化學發(fā)光傳感器界面的修飾過程:將GO-CoPc納米復合材料分散在二次水中，超聲至完全分散；用微量注射器移取上述分散液滴涂到玻碳電極表面，室溫干燥得到GO-CoPc修飾的玻碳電極，記為GO-CoPc/GCE。
[0011]其中，步驟(1)中所述的CoPc、GO和離子液體[BMM]PF6的比例為:100 mg: 10^ 25 mg: 30 mL。
[0012]其中，步驟(2)中所述的氧化鋁粉末粒徑為I μπι、0.05 μ m。
[0013] 其中，步驟(3)中所述的GO-CoPc納米復合材料和二次水的用量比為2 mg: 0.5~2 mL ;所述的滴涂到玻碳電極表面的分散液為5~10 UL0
[0014]按照上述方法制備的電化學發(fā)光傳感器用于檢測農(nóng)藥西維因的殘留量，具體方法如下:
西維因濃度與電化學發(fā)光信號之間的對應關系:將GO-CoPc/GCE置于PBS緩沖溶液和Iuminol溶液的混合液中，設置光電倍增管高壓為800 V,以鉬絲電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極進行循環(huán)伏安掃描；接著加入無水乙醇將ECL信號淬滅；再從小到大加入不同濃度的西維因收集ECL信號，根據(jù)不同濃度的西維因對應的ECL信號強度建立標準曲線。
[0015]其中，所述PBS緩沖溶液濃度為0.lmol/L、pH為7.4，Iuminol溶液濃度為
0.01mol/L,其中0.01mol/L Iuminol溶液用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液溶解Iuminol得到；所述混合液中Iuminol的濃度為0.1~0.3 mmol/L ;所述循環(huán)伏安掃描的電位掃描范圍為一 0.5~0.7 V，掃描速度為100 mV/s ;所述加入的無水乙醇為按每5mL的PBS溶液加入450 yL ;所述加入的西維因的濃度為2X10 —13~5X10 —9 mol/L。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
(I)本發(fā)明利用離子液體作為溶劑，通過分子間的物理作用成功制備了 GO-CoPc復合材料，GO的引入為農(nóng)藥西維因的檢測提供了信號放大的平臺。
[0017](2)本發(fā)明利用乙醇作為自由基清除劑，淬滅光信號，形成了分子開關，為簡便、靈敏、聞效的農(nóng)藥檢測提供可能。
[0018](3)本發(fā)明首次構建了用于檢測農(nóng)藥西維因的電化學發(fā)光傳感器，制備工藝簡單，具有靈敏度高、檢出限低、檢測成本低等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1 (A)為G0，(B)為GO-CoPc的透射電鏡圖；
圖2中(A)為西維因濃度與電化學發(fā)光信號強度之間的對應關系，(B)為檢測西維因的標準曲線；·
【具體實施方式】:
下面結合具體實施實例對本發(fā)明做進一步說明，以使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于以下實施例。
[0020]實施例1:
(I)石墨烯氧化物-酞菁復合材料的制備:
GO-CoPc復合材料的制備方法為,將100 mg CoPc和10 mg GO分別加入到30 mL離子液體([BMM]PF6)中，超聲10 h，離心，半透膜中水洗至溶劑[811頂]--6完全去除，而后60 0C真空干燥制得GO-CoPc納米復合材料，備用。
[0021](2)玻碳電極(GCE)表面預處理:
將GCE電極依次用粒徑為I μπι、0.05 μ m的氧化鋁粉末進行打磨處理，循環(huán)伏安法測量電極置于5 mmol/L鐵氰化鉀溶液，在一 0.2~0.6 V掃描,峰電位差在110 mV以下表明電極預處理完成，然后依次在乙醇、二次蒸餾水中超聲清洗，氮氣吹干備用。
[0022](3)電化學發(fā)光傳感器界面的修飾過程:
將2 mg GO-CoPc納米復合材料分散在0.5 mL 二次水中，超聲振蕩得到均一的分散液。用微量注射器移取5 μ L上述分散液滴涂到GCE表面，室溫干燥得到GO-CoPc修飾的玻碳電極(GO-CoPc/GCE)。
[0023]實施例2:
(I)石墨烯氧化物-酞菁復合材料的制備:
GO-CoPc復合材料的制備方法為,將100 mg CoPc和16 mg GO分別加入到30 mL離子液體([BMM]PF6)中，超聲10 h，離心，半透膜中水洗至溶劑[811頂]--6完全去除，而后60 0C真空干燥制得GO-CoPc納米復合材料，備用。[0024](2)玻碳電極(GCE)表面預處理:
將GCE電極依次用粒徑為I μπι、0.05 μ m的氧化鋁粉末進行打磨處理，循環(huán)伏安法測量電極置于5 mmol/L鐵氰化鉀溶液，在一 0.2~0.6 V掃描,峰電位差在110 mV以下表明電極預處理完成，然后依次在乙醇、二次蒸餾水中超聲清洗，氮氣吹干備用。
[0025](3)電化學發(fā)光傳感器界面的修飾過程:
將2 mg GO-CoPc納米復合材料分散在1.0 mL 二次水中，超聲振蕩得到均一的分散液。用微量注射器移取6 μ L上述分散液滴涂到GCE表面，室溫干燥得到GO-CoPc修飾的玻碳電極(GO-CoPc/GCE)。
[0026]實施例3:
(I)石墨烯氧化物-酞菁復合材料的制備:
GO-CoPc復合材料的制備方法為,將100 mg CoPc和25 mg GO分別加入到30 mL離子液體([BMM]PF6)中，超聲10 h，離心，半透膜中水洗至溶劑[811頂]--6完全去除，而后60 0C真空干燥制得GO-CoPc納米復合材料，備用。圖1 (A)為G0，(B)為GO-CoPc的透射電鏡圖，由圖可以看出CoPc吸附在GO的表面，表明復合材料成功制備。
[0027](2)玻碳電極(GCE)表面預處理:
將GCE電極依次用粒徑為I μπι、0.05 μ m的氧化鋁粉末進行打磨處理，循環(huán)伏安法測量電極置于5 mmol/L鐵氰化鉀溶液,在一 0.2~0.6 V掃描,峰電位差在110 mV以下表明電極預處理完成，然后依次在乙醇、二次蒸餾水中超聲清洗，氮氣吹干備用。
[0028](3)電化學發(fā)光傳感器界面的修飾過程:
將2 mg GO-CoPc納米復合材料分散在2 mL 二次水中，超聲振蕩得到均一的分散液。用微量注射器移取IOyL上述分散液滴涂到GCE表面，室溫干燥得到GO-CoPc修飾的玻碳電極(GO-CoPc/GCE)。
[0029]實施例4 =ECL方法檢測西維因及標準曲線繪制
西維因濃度與電化學發(fā)光信號之間的對應關系:將GO-CoPc/GCE置于5 mL濃度為0.1mol/L PBS ( pH = 7.4)+ 50 μ L luminol (0.01 mol/L)溶液中，設置光電倍增管高壓為800 V,以鉬絲電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極進行循環(huán)伏安掃描。電位掃描范圍為一0.5~0.7 V，掃描速度為100 mV/s ;接著加入450 μ L的乙醇將ECL信號淬滅；再依次加入 0.2 pmol/L,0.4 pmol/L,I pmol/L,5 pmol/L,60 pmol/L,I nmol/L,3 nmol/L和 5nmol/L的西維因收集ECL信號，根據(jù)不同濃度的西維因對應的ECL信號強度建立標準曲線。
[0030]實施例5 =ECL方法檢測西維因及標準曲線繪制
西維因濃度與電化學發(fā)光信號之間的對應關系:將GO-CoPc/GCE置于5 mL 0.1 mol/LPBS ( pH = 7.4)+ 100 μ L luminol (0.01 mol/L)溶液中，設置光電倍增管高壓為800V,以鉬絲電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極進行循環(huán)伏安掃描，。電位掃描范圍為一
0.5~0.7 V，掃描速度為100 mV/s;接著加入450 μ L的乙醇將ECL信號淬滅；再依次加入
0.2 pmol/L,0.4 pmol/L,I pmol/L,5 pmol/L,60 pmol/L,I nmol/L,3 nmol/L和5 nmol/L的西維因收集ECL信號，根據(jù)不同濃度的西維因對應的ECL信號強度建立標準曲線。
[0031]圖2中(A)為西維因濃度與電化學發(fā)光信號強度之間的對應關系，(B)為檢測西維因的標準曲線，圖2表明檢測的線性范圍為2X10 —13~5X10 —9 mol/L。
[0032]實施例6 =ECL方法檢測西維因及標準曲線繪制 西維因濃度與電化學發(fā)光信號之間的對應關系:將GO-CoPc/GCE置于5 mL 0.1 mol/LPBS ( pH = 7.4)+ 150 μ L luminol (0.01 mol/L)溶液中，設置光電倍增管高壓為800V,以鉬絲電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極進行循環(huán)伏安掃描。電位掃描范圍為一0.5?0.7 V，掃描速度為100 mV/s;接著加入450 μ L的乙醇將ECL信號淬滅；再依次加入
0.2 pmol/L,0.4 pmol/L,I pmol/L,5 pmol/L,60 pmol/L,I nmol/L,3 nmol/L和5 nmol/L的西維因收集ECL信號，根據(jù)不同濃度的西維因對應的ECL信號強度建立標準曲線。
【權利要求】
1.用于農(nóng)藥西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器，其特征在于，所述傳感器由氧化石墨烯-鈷酞菁納米復合材料修飾在玻碳電極表面構建而成。
2.用于農(nóng)藥西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器的制備方法，其特征在于，按照以下步驟進行: Cl) GO-CoPc復合材料的制備:將CoPc和GO加入到離子液體[BM頂]PF6中，超聲10h，離心，半透膜中水洗至溶劑[BMM]PF6完全去除，而后真空干燥制得GO-CoPc納米復合材料，備用； (2)玻碳電極(GCE)表面預處理:將GCE電極依次用氧化鋁粉末進行打磨處理，循環(huán)伏安法測量電極，將電極置于5 mmol/L鐵氰化鉀溶液，在一 0.2?0.6 V掃描，峰電位差在110mV以下表明電極預處理完成；然后依次在乙醇、二次蒸餾水中超聲清洗，氮氣吹干備用； (3)電化學發(fā)光傳感器界面的修飾過程JfGO-CoPc納米復合材料分散在二次水中，超聲至完全分散；用微量注射器移取上述分散液滴涂到玻碳電極表面，室溫干燥得到GO-CoPc修飾的玻碳電極，記為GO-CoPc/GCE。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于農(nóng)藥西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器，其特征在于，步驟(I)中所述的CoPc、GO和離子液體[BMHQPF6的比例為:100 mg: 10?25 mg:.30 mLo
4.根據(jù)權利要求1所述的用于農(nóng)藥西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器，其特征在于,步驟(2)中所述的氧化招粉末粒徑為I μηι、0.05 μ m0
5.根據(jù)權利要求1所述的用于農(nóng)藥西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器，其特征在于，步驟(3)中所述的GO-CoPc納米復合材料和二次水的用量比為2 mg: 0.5?2 mL ;所述的滴涂到玻碳電極表面的分散液為5?10 UL0
6.根據(jù)權利要求1所述的用于農(nóng)藥西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器，其特征在于，按照上述方法制備的電化學發(fā)光傳感器用于檢測農(nóng)藥西維因的殘留量，具體方法如下: 將GO-CoPc/GCE置于PBS緩沖溶液和Iuminol溶液的混合液中，設置光電倍增管高壓為800 V,以鉬絲電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極進行循環(huán)伏安掃描；接著加入無水乙醇將ECL信號淬滅；再從小到大加入不同濃度的西維因收集ECL信號，根據(jù)不同濃度的西維因對應的ECL信號強度建立標準曲線。
7.根據(jù)權利要求5所述的用于農(nóng)藥西維因靈敏檢測的電化學發(fā)光傳感器，其特征在于，所述PBS緩沖溶液濃度為0.lmol/L、pH為7.4，Iuminol溶液濃度為0.01 mol/L，其中0.0lmol/L的Iuminol溶液用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液溶解Iuminol得到；所述混合液中Iuminol的濃度為0.1?0.3 mmol/L ;所述循環(huán)伏安掃描的電位掃描范圍為一 0.5?.0.7 V，掃描速度為100 mV/s ;所述加入的無水乙醇為按每5mL的PBS溶液加入450 μ L ;所述加入的西維因的濃度為2X10 —13?5X10 —9 mol/L。
【文檔編號】G01N27/30GK103713029SQ201310699994
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】王坤, 杜曉嬌, 錢靜 申請人:江蘇大學