[發(fā)明專利]基于納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極的電化學(xué)傳感器的制備及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410231367.4
• 申請(qǐng)日: 2014-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104007157B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 衛(wèi)敏;金華麗;謝巖黎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/327
• 分類號(hào): G01N27/327;G01N27/26
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司41109
• 代理人: 霍彥偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)傳感器，具體涉及一種基于納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極的電化學(xué)傳感器的制備方法及其用于有機(jī)磷農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)的方法。

背景技術(shù)

民以食為天，食以安為先。食品安全關(guān)系到人民健康、生命安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)，是當(dāng)今政府和社會(huì)各界廣為關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。食品安全問(wèn)題中，初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品源頭污染比較嚴(yán)重。其中，由于農(nóng)藥的濫用或使用不當(dāng)，對(duì)環(huán)境污染日益加劇，水果、蔬菜被農(nóng)藥污染的情況有增無(wú)減，農(nóng)藥殘留尤其是有機(jī)磷農(nóng)藥超標(biāo)問(wèn)題一直比較突出，直接危害了人民健康安全，嚴(yán)重打擊了廣大民眾的消費(fèi)心理。因此，加強(qiáng)有機(jī)磷農(nóng)藥殘留監(jiān)測(cè)/檢測(cè)技術(shù)，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保證食品安全、保障人類健康有著重要而深遠(yuǎn)的意義。現(xiàn)行常用的通用分析技術(shù)如色譜法、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用和波譜法等，雖然具有既定性又定量、準(zhǔn)確、靈敏度高、并且一次可以測(cè)定多種成分等優(yōu)點(diǎn)，但需要對(duì)樣品進(jìn)行萃取分離等復(fù)雜預(yù)處理過(guò)程、需要專業(yè)技術(shù)人員、檢測(cè)成本高、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，而且所需儀器大都昂貴且龐大笨重，不適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，難以對(duì)水果、蔬菜的生產(chǎn)、流通環(huán)節(jié)進(jìn)行全面監(jiān)控。因此，發(fā)展便攜、快速、經(jīng)濟(jì)、可靠的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法將是控制當(dāng)前市場(chǎng)農(nóng)藥殘留的關(guān)鍵。

電化學(xué)傳感器獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，測(cè)定的靈敏度越來(lái)越高，響應(yīng)的時(shí)間大大縮短，但它的選擇性差及納米材料的穩(wěn)定性差和壽命短是制約其市場(chǎng)化的主要問(wèn)題。另外，基于電化學(xué)方法的檢測(cè)中，由于常規(guī)的工作電極表面易吸附、穩(wěn)定性和重復(fù)性差等缺點(diǎn)，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)遇到困難。

作為新型電極材料，硼摻雜金剛石電極（BDD）具有許多常規(guī)電極所不可比擬的優(yōu)異性，如寬電化學(xué)勢(shì)窗、低背景電流、極好的電化學(xué)穩(wěn)定性及表面不易被污染等，在電化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速。但同時(shí)也存在著缺點(diǎn)，表現(xiàn)為電催化活性低、表面再造困難，選擇性及靈敏性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是硼摻雜金剛石（BDD）電極電催化活性低、表面再造困難，選擇性及靈敏性較差，提供一種電催化活性高，靈敏度好，避免表面材料修飾帶來(lái)的穩(wěn)定性低、重復(fù)性差的基于納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極的電化學(xué)傳感器的制備及應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種基于納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極的制備，它包括以下步驟：①首先在硼摻雜金剛石電極上預(yù)沉積一層3-7nm?的金納米點(diǎn)作為掩膜；②在Ar/H₂氛圍中，采用偏壓輔助的微波等離子體刻蝕技術(shù)在硼摻雜金剛石表面刻蝕成納米結(jié)構(gòu)的形貌；③在200-600℃的溫度下刻蝕硼摻雜金剛石表面10-60分鐘，然后冷卻到室溫，取出，得到納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極。

還包括乙酰膽堿酯酶的固定步驟：將步驟③制備的納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極分別用乙醇和去離子水超聲洗滌干凈，采用戊二醛法或溶膠-凝膠法來(lái)固定乙酰膽堿酯酶后即制得電化學(xué)生物傳感器。

所述的戊二醛法固定乙酰膽堿酯酶的步驟是：取5μL、質(zhì)量濃度為1％的牛血清白蛋白和5μL、60U/mL的乙酰膽堿酯酶溶液混合均勻后，再加入5μL、質(zhì)量濃度為0.5％的戊二醛溶液，迅速混合后滴加到步驟③制備的納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極表面進(jìn)行修飾，之后將修飾好的納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極在4℃進(jìn)行干燥2-4h，即制得電化學(xué)生物傳感器。

所述的溶膠-凝膠法固定乙酰膽堿酯酶的步驟是：首先制備二氧化硅溶膠，根據(jù)需要，用移液槍取2-10μL二氧化硅溶膠與5μL、60U/mL的乙酰膽堿酯酶溶液混合滴于用乙醇和去離子水洗滌干凈的納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極表面，在4℃干燥0.5-2?h，即可形成凝膠化固體膜。

所述的制備二氧化硅溶膠是將1.0-4.0mL正硅酸四乙酯、0.1-2.0mL去離子水和10-60μL的質(zhì)量濃度為0.1?mol/L的鹽酸溶液混合，然后超聲分散呈透明狀，即得到二氧化硅溶膠。

基于納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極的應(yīng)用，所述的納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極用于具有電化學(xué)特性的有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)，檢出限為2.0×10^-10?mol/L。所述的具有電化學(xué)特性的有機(jī)磷農(nóng)藥包括對(duì)硫磷、甲基對(duì)硫磷。

所述的乙酰膽堿酯酶固定于納米結(jié)構(gòu)硼摻雜金剛石電極用于有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)，檢出限為3×10^-12?mol/L。所述的有機(jī)磷農(nóng)藥包括對(duì)氧磷、毒死蜱、敵敵畏、馬拉硫磷、克百威、久效磷、甲胺磷。