一种基于光电化学传感器检测有机磷农残的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光电化学传感器检测有机磷农残的方法，属于光电化学、农残检测技术领域。本发明专利技术通过制备水溶性氨基碲化镉/羧基碲化镉量子点复合材料，并且将该复合材料修饰的L型玻碳电极固载有机磷水解酶构建光电传感器；有机磷水解酶能够催化有机磷农药生成具有电化学活性的基团，该基团在电极表面发生氧化还原反应产生电子，电子与光电复合材料在光照条件下产生空穴重组，从而实现对有机磷农药的检测。本发明专利技术制备的有机磷水解酶光电传感器具有制备简单、经济实用、操作简单、高选择性和高灵敏度的优点，有机磷农药的检测限达到0.7pg•mL

A Method for Detecting Organophosphorus Pesticide Residues Based on Photoelectrochemical Sensors

The invention relates to a method for detecting organophosphorus pesticide residues based on photoelectric chemical sensors, belonging to the technical field of photoelectrochemistry and pesticide residue detection. The present invention is based on the preparation of water-soluble cadmium ammonium telluride/carboxyl cadmium telluride quantum dot composite material and the immobilization of organophosphorus hydrolase on L-type glassy carbon electrode modified by the composite material to construct photoelectric sensor; organophosphorus hydrolase can catalyze organophosphorus pesticides to form electrochemically active groups, which generate electrons, electrons and photoelectronics by oxidation-reduction reaction on the electrode surface. The composite material produces hole recombination under illumination conditions, thus realizing the detection of organophosphorus pesticides. The photoelectric sensor for organophosphorus hydrolase prepared by the invention has the advantages of simple preparation, economical and practical operation, high selectivity and high sensitivity, and the detection limit of organophosphorus pesticides reaches 0.7pg mL.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光电化学传感器检测有机磷农残的方法
本专利技术属于光电化学、农残检测
，涉及一种水溶性氨基碲化镉/羧基碲化镉量子点复合材料的制备、基于该光电复合材料的有机磷水解酶光电化学传感器的制备以及基于该光电传感器检测有机磷农药的方法。
技术介绍
目前，农药尤其是有机磷农药的使用是防治农作物病虫害的主要措施，它们具有毒性大，持久性长的优点，但由于许多农药及其降解产物会残留于各类食品、生态环境与饮用水中，因而也带来了严重的食品安全和环境污染问题。常规农药残留检测如气相色谱、高效液相色谱以及色谱-质谱联用等技术已被应用于农药残留检测工作中，但由于其技术含量较高（通常需要专业人员进行操作），分析周期相对较长，设备昂贵且需要特殊测试环境，所以不易推广。因此，建立简便、快捷、准确和高效的农药残留检测方法，对于解决由农药残留超标引起的卫生安全和环境污染等问题具有重要意义。光电化学传感器是基于光激发光电敏感材料导致电子空穴对进行分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在电极、光电材料及修饰物和分析物上的快速传递，并形成光电流。在最优条件下，分析物浓度的变化会直接导致光电流的变化，可以根据光电流的变化实现对分析物的定性定量分析。与光分析方法以及电化学分析方法相比，光电化学检测方法具有明显的优势：由分离的光源和电化学工作站组合而成，测量的是光激发所产生的电流，其背景信号比较低，但仍具有电化学检测灵敏度高和易于微型化、快速化的特点；与光分析相比，检测设备简单、价格低廉。量子点是一种重要的半导体光电材料，广泛应用于光电化学传感研究，但是单一量子点材料由于对内部电子空穴对的复合导致光电效率较低。因此，遵照一个合适的方法，有效提高量子点的光电转换效率是非常重要的。相比单一敏化结构，将不同尺寸的量子点进行复合不仅能够提高光能利用率，而且能够防止光生电子-空穴分离，从而提高光电转换效率。有机磷水解酶OPH是一种广泛存在于多种生物组织的由有机磷水解酶基因编码的酯酶，能够直接催化水解有机磷化合物OPs。不同于酶抑制型传感器，OPH的优势之处在于OPs作为反应底物，而非抑制剂，能转移性的催化水解OPs，产生具有电活性的产物，再通过信号转换器将其转换成电信号，从而对OPs进行测定分析。电化学有机磷水解酶传感器因其灵敏度高、响应范围宽、操作简单等优点在电化学传感器中占有重要地位。本专利技术通过制备水溶性氨基碲化镉/羧基碲化镉量子点复合材料，将基于该复合材料修饰的L型玻碳电极负载有机磷水解酶构建光电传感器，用于对有机磷农药的检测。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于：第一，提供一种水溶性氨基碲化镉/羧基碲化镉量子点复合材料及其制备方法；第二，提供一种基于上述量子点复合材料修饰L型玻碳电极的有机磷水解酶光电化学传感器；第三，提供上述有机磷水解酶光电化学传感器测定有机磷的方法。为了实现上述诸专利技术目的，本专利技术采取了如下技术措施：首先，制备一种水溶性氨基碲化镉/羧基碲化镉量子点（CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs）复合材料，其方法包括以下步骤：A、水溶性羧基碲化镉量子点（CdTe-COOHQDs）溶液的制备在氮气保护下，向250mL三颈圆底烧瓶中依次加入0.7mmolCdCl2，1mmol3-巯基丙酸和100mL二次蒸馏水，磁力搅拌混合均匀，得混合溶液；用1.0mol•L-1NaOH溶液调节所述混合溶液的pH值到11.5；再向上述混合溶液边搅拌边加入120mgNaBH4，反应1h；然后加入0.07mmolNa2TeO3，N2保护下反应6h。将反应所得溶液冷却至室温，用5kD的超滤管离心（以对量子点溶液进行浓缩和纯化），得到水溶性CdTe-COOH量子点溶液，4℃保存备用。B、水溶性氨基碲化镉量子点（CdTe-NH2QDs）溶液的制备在氮气保护下，向250mL三颈圆底烧瓶中依次加入100mL10mmol•L-1的CdCl2溶液，3.5mmol巯基乙胺，磁力搅拌混合均匀，得混合溶液；加入100mgNaBH4，反应1h；然后加入0.07mmolNa2TeO3，N2保护下反应1h。将反应所得溶液冷却至室温，用5kD的超滤管离心（以对量子点溶液进行浓缩和纯化），得到水溶性CdTe-NH2量子点溶液，4℃保存备用。C、CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs复合材料的制备向0.1mL步骤A制备的CdTe-COOH量子点溶液中加入0.1mL含有10mg•mL-11-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和20mg•mL-1N-羟基琥珀酰亚胺的溶液，混合均匀，37℃下静置1h，得溶液I；将所述溶液I和0.6mL步骤B制备的溶液混合均匀，37℃下静置20h，得溶液II；对所述溶液II离心洗涤3次，用二次蒸馏水稀释至2mL，得CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs复合材料。然后，制备一种基于CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs复合材料修饰L型玻碳电极的有机磷水解酶光电传感器，其方法包括以下步骤：（1）玻碳电极预处理：L型的裸玻碳GCE电极（直径3mm），用0.3μm三氧化二铝悬浊液抛光，二次蒸馏水冲洗干净，然后依次在HNO3、乙醇、二次蒸馏水中超声清洗，晾干备用；（2）将玻碳电极在0.5wt%的聚（二烯丙基二甲基氯化铵）（PDDA）溶液中浸泡10min，用二次蒸馏水冲洗电极，接着取5μLCdTe-NH2/CdTe-COOH复合材料，滴涂至电极表面，室温晾干，用二次蒸馏水冲洗电极，得CdTe-NH2/CdTe-COOH/GCE修饰电极；（3）取5μL195U•mL-1的有机磷水解酶(OPH)，滴涂至CdTe-NH2/CdTe-COOH/GCE修饰电极表面，室温下晾干，用0.01mol•L-1磷酸缓冲溶液（PBS）（pH=7.0）洗净未固定的有机磷水解酶，得OPH/CdTe-NH2/CdTe-COOH/GCE修饰电极，即有机磷水解酶光电传感器；在含不同浓度的甲基对硫磷溶液（0.1mol•L-1PBS，PH7.0）中对上述有机磷水解酶光电传感器进行光电性能测试，当甲基对硫磷的浓度在1pg•mL-1~10ng•mL-1之间时，传感器与甲基对硫磷反应前后的光电流差与甲基对硫磷的浓度成良好的线性关系，线性方程为：ΔI/μA=0.494Log(c/pg•mL-1)+4.32(R2=0.996)。（2）在步骤（1）得到的标准曲线的基础上，将OPH/CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs/GCE光电传感器置于待测样品中，进行光电性能测试，得到相应的电流-时间曲线，通过标准曲线查出该待测液有机磷农药的含量。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果在于：（1）本专利技术以一种新型水溶性CdTe-NH2/CdTe-COOH复合材料作为有机磷水解酶光电传感器的敏感材料，该材料在光激发下，具有强而稳定的光电流，能够实现对有机磷的高灵敏检测，其检出限为0.7pg•mL-1（S/N=3）；（2）本专利技术将CdTe-NH2/CdTe-COOH复合材料作为光电敏感元件，经固载有机磷水解酶后制备出有机磷水解酶光电传感器，制备方法简单；（3）本专利技术将有机磷水解酶直接用于有机磷农药的检测，与酶抑制方法相比，不需要抑制反应，节省了检测所需时间。附图说明图1为本专利技术的有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备一种水溶性氨基碲化镉/羧基碲化镉量子点（CdTe‑NH2/CdTe‑COOH QDs）复合材料，其特征在于，其方法包括以下步骤：A、水溶性羧基碲化镉量子点（CdTe‑COOH QDs）溶液的制备在氮气保护下，向250 mL三颈圆底烧瓶中依次加入0.7mmol CdCl2，1 mmol 3‑巯基丙酸和100 mL二次蒸馏水，磁力搅拌混合均匀，得混合溶液；用1.0 mol•L

【技术特征摘要】
1.制备一种水溶性氨基碲化镉/羧基碲化镉量子点（CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs）复合材料，其特征在于，其方法包括以下步骤：A、水溶性羧基碲化镉量子点（CdTe-COOHQDs）溶液的制备在氮气保护下，向250mL三颈圆底烧瓶中依次加入0.7mmolCdCl2，1mmol3-巯基丙酸和100mL二次蒸馏水，磁力搅拌混合均匀，得混合溶液；用1.0mol•L-1NaOH溶液调节所述混合溶液的pH值到11.5；再向上述混合溶液边搅拌边加入120mgNaBH4，反应1h；然后加入0.07mmolNa2TeO3，N2保护下反应6h；将反应所得溶液冷却至室温，用5kD的超滤管离心（以对量子点溶液进行浓缩和纯化），得到水溶性CdTe-COOH量子点溶液，4℃保存备用；B、水溶性氨基碲化镉量子点（CdTe-NH2QDs）溶液的制备在氮气保护下，向250mL三颈圆底烧瓶中依次加入100mL10mmol•L-1的CdCl2溶液，3.5mmol巯基乙胺，磁力搅拌混合均匀，得混合溶液；加入100mgNaBH4，反应1h；然后加入0.07mmolNa2TeO3，N2保护下反应1h；将反应所得溶液冷却至室温，用5kD的超滤管离心（以对量子点溶液进行浓缩和纯化），得到水溶性CdTe-NH2量子点溶液，4℃保存备用；C、CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs复合材料的制备向0.1mL步骤A制备的CdTe-COOH量子点溶液中加入0.1mL含有10mg•mL-11-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和20mg•mL-1N-羟基琥珀酰亚胺的溶液，混合均匀，37℃下静置1h，得溶液I；将所述溶液I和0.6mL步骤B制备的溶液混合均匀，37℃下静置20h，得溶液II；对所述溶液II离心洗涤3次后，再用二次蒸馏水稀释至2mL，得CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs复合材料。2.制备一种基于CdTe-NH2/CdTe-COOHQDs复合材料修饰L型玻碳电极的有机磷水解酶光电传感器，其特征在于，其方法包括以下步骤：（...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴莹莹，
申请(专利权)人：武汉中科志康生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42