本發(fā)明涉及電化學傳感器材料的制備技術，也涉及非電活性農藥草甘膦的檢測技術領域。

背景技術：

有機磷類農藥因具有殘留期短、降解快、低毒、高效且選擇性強等優(yōu)點而成為目前我國使用最為廣泛的農藥之一，在廣泛應用的同時，有機磷農藥可在土壤、水等環(huán)境中富集，農作物生長過程中吸收這類農藥后即可能會存在農藥超標的問題。因此，對其進行快速高效的檢測具有重要的實用意義。

草甘膦是一種常用的有機磷除草劑，作為一種用途廣泛、非選擇性、苗期使用的有機磷除草劑被廣泛用于除草和植被控制。由于其高除草性和對哺乳動物的低毒性，草甘膦被廣泛用于農作物、林作物和水生植物。然而，由于土壤的吸收和水的高溶解性，這種不加選擇的使用增加了農藥在土壤和水中的殘留富集，從而危害健康和污染環(huán)境。

在目前文獻報道的草甘膦檢測方法中，絕大部分是基于成熟穩(wěn)定的色譜檢測技術，主要包括高效液相色譜法（hplc）、氣相色譜法（gc）和毛細管電泳法等。雖然基于色譜技術的檢測方法靈敏度高、穩(wěn)定性強，但是檢測設備費用昂貴、樣品前處理繁瑣等缺點限制了其廣泛使用。因此開發(fā)快速便捷、準確高效的檢測技術，是現(xiàn)代農藥殘留檢測的發(fā)展方向之一。

電化學傳感器因具有構造簡單、靈敏度高、操作方便、易于微型化且便于大批量規(guī)模生產等優(yōu)點，在食品、環(huán)境檢測等領域擁有廣闊的應用前景。作為一種非電化學活性農藥，草甘膦很難采用傳統(tǒng)的電化學方法進行檢測。通過不懈的努力，科研工作者們逐漸克服了電化學在草甘膦檢測中的不適應性，基于電化學傳感器技術的有機磷農藥殘留檢測技術近兩年來發(fā)展迅速。草甘膦電化學檢測技術主要集中在含酶電化學傳感器、分子印跡電化學傳感器和適配體電化學傳感器，傳感器的制備方法較為繁瑣，且成本較高，檢測周期長（大約用時1小時以上）。因此，制備簡便的草甘膦電化學傳感器成為亟待解決的問題。

cu-btc是一種常見的mofs材料，多級孔cu-btc材料同時具有微孔mof材料和介孔材料的典型特征，在吸附、氣體儲存和催化中具有廣泛的應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提出一種多級孔cu-btc材料新的用途，將其作為電化學傳感器。

本發(fā)明技術方案是：將多級孔cu-btc材料和全氟磺酸依次修飾于氧化銦錫導電玻璃表面，取得基于多級孔cu-btc材料的電化學傳感器。

由于使用多級孔cu-btc材料作為檢測材料，本發(fā)明先將多級孔cu-btc材料修飾在氧化銦錫導電玻璃表面，隨后滴加全氟磺酸，實現(xiàn)對覆蓋有cu-btc的電極表面的包埋作用，可以更好地保護已修飾電極，使多級孔cu-btc材料在檢測過程中不易脫落。

經試驗證明：以上述基于多級孔cu-btc材料的電化學傳感器作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲電極作為對電極，組成三電極系統(tǒng)，可以對待測液體中草甘膦含量進行精確檢測。通過試驗，結果表明該電極對草甘膦檢測的靈敏度顯著提高，且該修飾電極制備簡易、重現(xiàn)性及穩(wěn)定性好、線性范圍寬，可檢測實際樣品中草甘膦的含量，具有簡便，快速，精確度高等優(yōu)點。

進一步地，本發(fā)明將多級孔cu-btc材料分散于乙醇中，然后滴涂在氧化銦錫導電玻璃表面，經干燥，再滴涂全氟磺酸乙醇溶液。由于多級孔cu-btc材料遇到水容易造成骨架坍塌，而在乙醇中則不會，所以本發(fā)明將多級孔cu-btc材料分散于乙醇中。通過以操作，可以將多級孔cu-btc材料均勻的滴涂到電極上，達到良好的檢測效果。

所述多級孔cu-btc材料和乙醇的分散比為5mg∶1ml。在該比例下，多級孔cu-btc材料在乙醇中溶解的較為均勻，不至于過濃或過稀。

所述全氟磺酸乙醇溶液的濃度為0.1wt%，該設計為全氟磺酸乙醇溶液標準的制備方法，方便操作。

本發(fā)明另一目的是：將所述基于多級孔cu-btc材料的電化學傳感器應用于對農藥草甘膦的快速檢測。

進一步地，以所述基于多級孔cu-btc材料的電化學傳感器作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲電極作為對電極，組成三電極體系，對至少三種混合電解液分別進行循環(huán)伏安掃描，所述各混合電解液由磷酸緩沖溶液和草甘膦標準溶液組成，所述各混合電解液中的磷酸緩沖溶液含量相同，各中混合電解液中的草甘膦標準溶液含量不同；在-0.6v和+0.6v電位范圍內，采用50mv/s的掃描速率，分別取得各混合電解液的峰電流值；取得混合電解液的峰電流值與草甘膦濃度的線性關系；

再在將待測樣品溶液與所述磷酸緩沖溶液混合組成待測混合電解液，所述待測混合電解液中磷酸緩沖溶液的含量與上述各混合電解液中的磷酸緩沖溶液含量相同；

將所述三電極體系置于待測混合電解液中，在-0.6v和+0.6v電位范圍內，采用50mv/s的掃描速率，取得待測混合電解液的峰電流值；

通過所述混合電解液的峰電流值與草甘膦濃度的線性關系，得出待測樣品溶液中草甘膦的濃度。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明首次將多級孔cu-btc材料修飾在導電玻璃上。

2、本發(fā)明首次將cu-btc應用于電化學傳感器上檢測草甘膦，結果對草甘膦有超高的靈敏度響應，檢出限為5.3×10^-13mol/l，是迄今為止最低的。

3、本發(fā)明通過將cu-btc作為檢測基質，可以提高檢測性能，增加電極反應位點數(shù)量，增強吸附能力，擴增對草甘膦的電流響應，提高檢測靈敏度。

4、將cu-btc應用在電化學傳感器上，采用差分脈沖溶出伏安法檢測草甘膦，優(yōu)化富集時間、富集電位、溶液ph值等因素對溶出峰電流的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法制得的多級孔cu-btc材料的掃描電鏡圖。

圖2為本發(fā)明方法制得的多級孔cu-btc材料的透射電鏡圖。

圖3為草甘膦在裸導電玻璃電極和本發(fā)明電化學傳感器的循環(huán)伏安對比圖。

圖4為濃度分別為0、1.0×10^-12、5.0×10^-12、1.0×10^-11、5.0×10^-11、1.0×10^-10、5.0×10^-10mol/l的草甘膦與峰電流的關系圖。

圖5為濃度分別為5.0×10^-10、1.0×10^-9、5.0×10^-9、1.0×10^-8、5.0×10^-8、1.0×10^-7、5.0×10^-7、1.0×10^-6、5.0×10^-6、1.0×10^-5mol/l的草甘膦與峰電流的關系圖。

圖6為本發(fā)明電化學傳感器對濃度為1.0×10^-8mol/l草甘膦的平行測定10次的峰電流圖。

圖7為待測樣品的草甘膦濃度與峰電流值的關系圖。

具體實施方式

一、多級孔cu-btc材料的制備：

取三水合硝酸銅0.435g（1.8mmol）、乙酸0.620ml（10.8mmol）、三乙胺0.50ml和乙醇12ml混合，并在室溫下攪拌1小時。隨后，加入均苯三甲酸0.210g（1.0mmol），繼續(xù)攪拌2小時。然后，將混合物轉移到含有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高壓釜中，于85℃下反應12小時。反應結束后，通過離心收集產物，并用乙醇洗滌三次。最后，將產物在65℃下干燥12小時，得到多級孔cu-btc材料。

圖1是本發(fā)明制得的cu-btc的掃描電鏡圖，從圖中可以得到cu-btc的形貌孔洞結構，比表面積大。

圖2是本發(fā)明制得的cu-btc的透射電鏡圖，從圖中可以清晰看到cu-btc的結構為多級孔結構。

二、電化學傳感器的制備：

將5mg多級孔cu-btc材料分散于裝有1ml乙醇的離心管中，取5μl混合均勻的cu-btc分散液滴加到干凈的導電玻璃表面，室溫晾干，然后再滴加5μl全氟磺酸（nafion）乙醇溶液（0.1wt%）于已修飾有多級孔cu-btc材料導電玻璃的表面，以包埋cu-btc，更好地保護已修飾電極，由nafion的成膜性使cu-btc均勻固定在導電玻璃表面。室溫條件下，待電極表面溶液揮發(fā)干燥，即得基于多級孔cu-btc材料的電化學傳感器。

三、基于多級孔cu-btc材料的電化學傳感器對草甘膦的響應機理研究：

分別以制備的上述電化學傳感器和干凈的導電玻璃作為工作電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以鉑絲電極作為對電極，組成兩組三電極體系，將三電極體系分別置于ph值為5.5、濃度為0.1mol/l的磷酸緩沖溶液中，在-0.6v和+0.6v電位范圍內，以50mv/s的掃描速率進行循環(huán)伏安掃描，取得兩組循環(huán)伏安曲線，如圖3所示：以干凈的導電玻璃作為工作電極時，圖3中曲線a中沒有氧化還原峰；而圖3中曲線b中觀察到不可逆的氧化峰。與干凈的導電玻璃相比，cu-btc修飾電極的氧化電流顯著增強。這些結果應歸因于多級孔cu-btc材料的貢獻，由于多級孔cu-btc材料具有狹窄的孔徑而顯著增加了電極的有效面積，因此增加了電極的反應位點，增強吸附容量和放大cu-btc修飾電極的電流響應。

再以制備的上述電化學傳感器為工作電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以鉑絲電極作為對電極，組成三電極體系，以濃度為0.1mol/l的磷酸緩沖溶液和1.0×10^-8mol/l草甘膦組成的混合電解液，并且混合電解液ph值為5.5，在-0.6v和+0.6v電位范圍內，以50mv/s的掃描速率進行循環(huán)伏安掃描，取得圖3中曲線c。如預期的，用草甘膦處理后，上述電化學傳感器的氧化電流顯著降低，這是因為上述電化學傳感器表面上的部分多級孔cu-btc材料與草甘膦反應，導致氧化電流降低。因此，上述電化學傳感器對草甘膦的檢測顯示很強的響應。

制備不同草甘膦濃度的電解液：分別以磷酸緩沖溶液和草甘膦標準溶液混合，配制以下電解液樣品a、b、c、d、e、f、g，各電解液樣品中磷酸緩沖溶液含量均為0.1mol/l，而草甘膦標準溶液濃度分別為0、1.0×10^-12、5.0×10^-12、1.0×10^-11、5.0×10^-11、1.0×10^-10、5.0×10^-10mol/l。

以上述電化學傳感器作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲電極作為對電極,在-0.6v和+0.6v電位范圍內，以50mv/s的掃描速率于的條件下，分別對以上各電解液樣品循環(huán)伏安掃描，研究工作電極對草甘膦的響應機理。

在以上相同實驗條件下檢測一系列標準濃度草甘膦溶液的溶出伏安曲線，得到峰電流與草甘膦濃度的關系圖。如圖4所示。

圖4說明了：在草甘膦標含量為1.0×10^-12mol/l～1.0×10^-9mol/l的范圍內，草甘膦的濃度與溶出伏安峰電流值呈線性關系，線性方程為δi=2.4767log(c)+34.001。

同理，制備不同草甘膦濃度的電解液：分別以磷酸緩沖溶液和草甘膦標準溶液混合，配制以下電解液樣品g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q，各電解液樣品中磷酸緩沖溶液含量均為0.1mol/l，而草甘膦標準溶液含量分別為5.0×10^-10、1.0×10^-9、5.0×10^-9、1.0×10^-8、5.0×10^-8、1.0×10^-7、5.0×10^-7、1.0×10^-6、5.0×10^-6、1.0×10^-5mol/l。

以cu-btc修飾電極作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲電極作為對電極,在-0.6v和+0.6v電位范圍內，以50mv/s的掃描速率于的條件下，分別對以上各電解液樣品循環(huán)伏安掃描，研究工作電極對草甘膦的響應機理。

在相同實驗條件下檢測一系列標準濃度草甘膦溶液的溶出伏安曲線，得到峰電流與草甘膦濃度的關系圖，如圖5所示。

圖5說明了：在草甘膦標含量為1.0×10^-9mol/l～1.0×10^-5mol/l的范圍內，草甘膦的濃度與溶出伏安峰電流值呈線性關系，線性方程為δi=0.7524log(c)+17.669。

此外，通過試驗還表明，該傳感器的檢出限為5.3×10^-13mol/l，說明其對草甘膦檢測具有超高靈敏度。

分別以十支上述方法制得的電化學傳感器為工作電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以鉑絲電極作為對電極，組成十組三電極體系，在ph為5.5，以濃度為0.1mol/l的磷酸緩沖溶液和1.0×10^-8mol/l草甘膦組成的混合電解液中，在-0.6v和+0.6v電位范圍內，以50mv/s的掃描速率進行循環(huán)伏安掃描，分別檢測各電解液中草甘膦的溶出峰電流值，如圖6所示：10支上述電化學傳感器的溶出峰電流的相對標準偏差僅為4.1%，表明上述電化學傳感器具有較好的重現(xiàn)性。

可見，將本發(fā)明制得的基于多級孔cu-btc材料的電化學傳感器應用在電化學傳感器上檢測草甘膦含量，結果顯示該電極大大提高了對草甘膦檢測的靈敏度，并且該修飾電極制備簡易、重現(xiàn)性及穩(wěn)定性好、線性范圍寬，檢出限（5.3×10^-13mol/l）較最低，可進一步檢測實際樣品中草甘膦的含量。

五、應用：

1、樣品的預處理：

大豆樣品通過以下方法制備：稱取5g大豆粉末樣片，溶于50ml蒸餾水中超聲處理20min。靜止5min，取上清液5ml于10ml離心管中，將已知濃度的草甘膦標準溶液加入到獲得的大豆樣品基質中。然后再用0.45μm膜過濾后儲存?zhèn)溆谩?/p>

2、混合電解液的制備：

取將10.0μl處理后的樣品溶液與磷酸緩沖溶液混合，形成ph為5.5、磷酸緩沖溶液的濃度為0.1mol/l的混合電解液。

3、檢測：

以上述電化學傳感器作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑絲電極作為對電極，在-0.6v和+0.6v電位范圍內，以50mv/s的掃描速率于的條件下，對混合電解液進行循環(huán)伏安掃描，取得峰電流值為-6.277μm，如圖7所示。

4、樣品溶液中草甘膦濃度的計算：

根據圖6的草甘膦與峰電流的關系圖，或線性方程：δi=0.7524log(c)+17.669。

將以上峰電流值-6.277μm帶入上式，可計算取得草甘膦的濃度為1.01×10^-6mol/l。

以上操作，自樣品的預處理到計算取得草甘膦的濃度，共用時35分鐘，大約為采用其它方法進行檢測的一半。

通過以上實驗結果得出結論，本發(fā)明將多級孔cu-btc材料制成電化學傳感器具有優(yōu)良的性能，可作為一種新型電極材料。因此，作為高效的傳感器在醫(yī)藥生物、環(huán)境上具有廣泛的應用前景。