基于纳米材料化学修饰电极在农药检测中的应用进展.pdf

Chenmical Intermediate 当代化工研究 138生物制药与研究201607 基于纳米材料化学修饰电极在农药检测 中的应用进展 ＯＯ 王天鹤 田宏 商弘金 田冬梅 沈阳师范大学化学化工学院ＯＯ辽宁ＯＯ110034 摘要本文综述了基于纳米材料的几种化学修饰电极，包括碳纳米管类、石墨烯类、金属纳米粒子类、磁性纳米粒子类和纳米材料-聚合 物膜-酶复合修饰电极在农药检测领域的应用，并对未来发展进行了展望。 关键词化学修饰电极；纳米材料；农药；检测 基金项目沈阳师范大学重大孵化项目（批准号ZD201622）；沈阳师范大学创新训练项目甲类（批准号201510166105） 中图分类号Ｏ69 文献标识码A Advances of chemical modified electrode based on nanomaterials in the determination of pesticides Wang Tianhe, Tian Hong, Shang Hongjin, Tian Dongmei College of Chemistry Chemical Engineering, Shenyang Normal University, Liaoning, 110034 AbstractThe application of chemical modified electrodes based on nanomaterials such as carbon nanotubes, grapheme, metal nanoparticles, magnetic nanoparticles and nanomaterials-polymer film-enzyme for pesticide determination was reviewed, the prospect was also proposed. Key Wordschemical modified electrodes；nanomaterials；pesticide；determination 一、引言 农药大致可分为除草剂、杀虫剂、杀菌剂三类，一般 具有以下几种毒性神经毒性、遗传基因毒性、三致毒性和 免疫毒性等。近年来，农药的持续开发和大规模超量使用导 致由此产生的公众食品安全和生态环境事件频发，农药残留 检测成为当前广泛关注的问题。传统的农药检测主要有色谱 法、色谱/质谱联用技术、毛细管电泳、表面增强拉曼光谱 法、免疫分析法等。这些传统方法往往仪器昂贵、样品前处 理复杂、耗时长，难以推广使用。化学修饰电极法以其操作 简便、低成本、低功耗、高灵敏度和良好的重复性、稳定性 等优势广泛应用于各个分析检测领域。本文综述了基于纳米 材料的化学修饰电极在农药检测领域的应用及前景展望。 二、基于纳米材料的化学修饰电极在农药检测中的应用 纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度1 ～100nm范围内的材料，也包括由它们作为基本单元组装 而成的结构材料，可以是金属、氧化物、无机化合物或有机 化合物等，因其具有比表面积大、表面活性位点增加、催化 效率高、吸附能力强、表面活性高等特点，可以大大提高化 学修饰电极的灵敏度、稳定性、选择性和再现性，改善电化 学传感器的各方面性能并放大信号，因而近年来被广泛应用 于各种分析检测领域。本文对碳纳米管、石墨烯、金属纳米 粒子、磁性纳米粒子等几类纳米材料制备的化学修饰电极在 农药检测领域的应用进行综述。 1.碳纳米管化学修饰电极 碳纳米管又称巴基管，属于富勒碳系，是一种纳米 尺度的具有完整分子结构的新型碳材料，有单壁和多壁之 分。碳纳米管具有独特的金属或半导体导电性、较大的比 表面积、良好的机械强度、良好的吸附能力和传导电子的 能力，可用于化学修饰电极来检测农药残留。Sundari等用 碳纳米管修饰电极对拟除虫菊酯的和有机氯农药的检测在 0.01～510-4μgL-1范围内呈现良好的线性范围，用循 环伏安法能灵敏地测出农药的含量。Huang等制备了Pd/ MWCNTs化学修饰电极测定甲基对硫磷，信噪比为31时检 测限0.05μgmL-1。Musameh等制备了MWCNTs/GC修 饰电极检测有机磷，循环伏安图显示该修饰电极在0.17V的 峰电流是普通玻碳电极的3倍，峰电流与浓度的相关系数为 0.99，大大提高了灵敏度。 2.石墨烯化学修饰电极 石墨烯即“单层石墨片”，是结构为sp2杂化碳原子形 成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料，其巨大的 比表面积和超高的电子迁移率使其在电化学领域中有着诱人 的应用前景。Wu等制备的P3MT/NGE/GCE修饰电极对辛硫 磷的电催化效果良好，峰电流与浓度的线性相关系数为 0.999，可作为快速检测辛硫磷的方法。Xu等制备了PMG/ GNs–NF修饰电极，复合膜的存在增强了电极的稳定性以 及电子传输速率，拓宽了线性范围，使峰电流与浓度呈良好 的线性关系，相关系数达到0.999，该修饰电极对甲基对硫 磷具有独特的吸附性。Liu等用铂纳米颗粒和石墨烯制备的 修饰电极提高了电化学还原效率，用于检测毒死蜱时浓度和 峰电流的线性关系达到0.997，有效地提高了灵敏度，达到 良好的检测效果。 3.金属纳米粒子化学修饰电极 金属纳米粒子，特别是金纳米粒子AuNPs的比表面积 高，表面能高，广泛应用于电化学传感器的构建中。Wang 等研究了ZrO2/Au纳米传感器电极，对农药对硫磷分子 显示出强大的亲和力和选择性，检出限为3ngmL-1。 Kumarave等采用Nafion/nanoTiO2/GCE作为传感器电极对吡 虫啉进行检测，最低检出限为0.25μmolL-1，还原电位降 139生物制药与研究 Chenmical Intermediate 当代化工研究 201607 低的幅度明显大于其他文献的相应结果。 4.磁性纳米粒子化学修饰电极。 近年来，磁性纳米粒子及其复合材料也是纳米材料的 研究热点之一。磁性纳米粒子不仅比表面积大，还有超顺磁 性以及易与其它材料复合从而易功能化的特性，这两方面的 特性能够更好地增强传感器和化学修饰电极的灵敏度和稳定 性，使其成为分析检测的理想材料。Dong等在检测氨基甲 酸酯农药时，采用的磁性纳米粒子Fe/Au中的共价键增强了 电催化效果，峰电流与浓度的线性相关系数为0.9976，呈现 了较高的灵敏度和较宽的检测范围。 5.纳米材料-聚合物膜-酶复合修饰电极。 多壁碳纳米管和导电聚合物在电极表面的修饰，不仅 为酶分子的固定提供了优质的修饰平台，而且促进了电子 在酶活性位点和电极之间的迁移；同时导电聚合物和生物 酶通过发生交联作用使酶在电极表面的固载更加牢固、稳 定。杜平构建了碳纳米管/聚4-2,5-二噻吩-1-吡咯苯胺/ 乙酰胆碱酯酶电化学传感器，对有机磷检测的线性范围为 3.00ngmL-190.00ngmL-1，最低检测限1.00ngmL-1 S/N3，方法简便、准确、快速、样品预处理简单。苗向 阳等构建了基于界面法合成的金-乙酰胆碱酯酶纳米复合膜 电极用于实际样品中甲胺磷的检测，线性范围为0.0055， 5100μgmL-1，检出限为0.0011μgmL-1，并显示出 良好的稳定性与重现性。 三、结束语 由于纳米材料不同于传统材料的独特性质，显著改善了 电极的各方面性能，使其在电化学修饰电极的构建和各领域 分析检测的应用中发挥了重要作用。从目前的研究趋势可以 看出，构建准确、高效、便捷的基于纳米材料的化学修饰电 极分析技术将是农药残留检测的重要发展方向。 参考文献 [1]邵金良,黎其万,刘宏程等.高效液相色谱法测定蔬菜中8种氨基甲 酸酯类农药残留[J].现代食品科技,2011,07856-860,869. 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[27]杜平.碳纳米管/乙酰胆碱酯酶电化学生物传感快速检测有机磷 农药残留[J].现代食品科技,2015,3111288-289. 【作者简介】王天鹤（1992），女，沈阳师范大学化学化工学院，研究方向分析化学专业。田宏（1991），男，沈阳师范大学 化学化工学院，研究方向分析化学专业。商弘金（1994），男，沈阳师范大学化学化工学院，研究方向化学（师范）专业。田冬 梅（1973），女，沈阳师范大学化学化工学院，研究方向电分析化学研究。