组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
氯苯磷（chlorphenvinphos，有机磷农药）；样品基质：杀虫剂样品（甲醇溶解后以磷酸盐缓冲液 pH 7.4 稀释）
检测原理
该传感器采用酶抑制型电化学检测原理。AChE 催化底物乙酰硫代胆碱碘化物（AcSCh）水解，生成硫代胆碱（thiocholine）；在 0.3 V 工作电位下，thiocholine 在碳纳米管糊电极表面发生氧化，产生与酶活性成正比的安培电流。先测定未受抑制时的电流变化 ΔI0，再将传感器浸入含氯苯磷的样品中孵育 10 min。氯苯磷作为有机磷农药，不可逆修饰 AChE 催化丝氨酸残基，抑制酶活性，使 thiocholine 生成减少，氧化电流下降为 ΔI1。以抑制率 %I 表征农药浓度，抑制率随氯苯磷浓度升高而增大。MWCNT 提供高导电性和电子传递能力，使无需氧化还原介质即可低电位检测酶促产物。
检测灵敏度
LOD: 1.15 × 10−7 M；线性范围: 4.90 × 10−7–7.46 × 10−6 M（摘要）/4.90 × 10−7–4.76 × 10−6 M（正文）；斜率: 21.81（%I 对 [chlorphenvinphos]/10−6 M）；r = 0.995
效应效果
SEM 显示碳糊表面存在 MWCNT 和 AChE 形成的花椰菜状小团；EIS 中电荷转移电阻由碳糊电极的 90.5 Ω 增至 3050 Ω，说明酶固定成功。重复性方面，同一电极在 3.0×10−3 M AcSCh 中 5 次测量平均电流为 1.199±0.013×10−7 A；3 个独立制备传感器的重现性 RSD 为 10%。传感器在 −4°C 保存 20 天，响应无明显变化。实际杀虫剂样品采用标准加入法测定，生物传感器结果为 225 mg/L，标准分光光度法为 220 mg/L，相对误差 2.27%（低于 3%），配对 t 检验在 95% 置信水平下一致。作者认为该方法比气相色谱/液相色谱更简便、快速、灵敏，适合农药残留检测。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃管（φ=1.2 mm）与嵌入铜线，用于承载碳糊并提供电连接
- 碳糊修饰层：多壁碳纳米管 MWCNT（20–40 nm，5–15 μm）与 Nujol 矿物油按 6/4（w/w）混合，形成导电碳糊并固定酶
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶 AChE（牛红细胞来源，0.3 U mg−1；6.75 mg AChE 250 UN 加入 0.050 g 碳糊），催化底物水解
- 信号底物：乙酰硫代胆碱碘化物 AcSCh（3.0×10−3 M，磷酸盐缓冲液 pH 7.4），酶促生成可氧化产物
- 信号产物：硫代胆碱 thiocholine，在 0.3 V 被氧化产生安培电流
- 检测读出：PGSTAT20 Autolab 恒电位仪/电位计，计时安培法读取电流
中文摘要
本文报道了一种基于碳纳米管糊电极和乙酰胆碱酯酶（AChE）的安培型生物传感器，用于检测有机磷农药氯苯磷（chlorphenvinphos）。传感器由多壁碳纳米管（MWCNT）与 Nujol 矿物油按 6/4（w/w）混合成碳糊，并将 AChE 直接固定其中，无需氧化还原介质。扫描电镜显示电极表面有碳纳米管和 AChE 形成的花椰菜状小团；电化学阻抗谱表明，与碳纳米管糊电极相比，该生物传感器在 [Fe(CN)6]4−/3− 体系中的电荷转移电阻增大。计时安培法下，氯苯磷对酶活的抑制率呈线性响应，摘要报告线性范围为 4.90×10−7–7.46×10−6 M，检出限为 1.15×10−7 M。杀虫剂样品测定结果与标准分光光度法在 95% 置信水平下一致，相对误差低于 3%。该传感器制备简便、响应快速、灵敏、耐用，重复性和重现性良好。
英文摘要
An amperometric biosensor for chlorphenvinphos (organophosphorus pesticide) based on carbon nanotube paste and acetylcholinesterase enzyme (CNTs-AChE biosensor) is described herein. This CNTs-AChE biosensor was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The SEM result shows the presence of CNTs and small lumps, due to the enzyme AChE, which has a type of cauliflower formation. From EIS analysis is possible to observe increased R(tc) for CNTs-AChE biosensor when compared to the carbon nanotube paste electrode for the reaction [Fe(CN)(6)](4-/3-). Using a chronoamperometric procedure, a linear analytical curve was observed in the 4.90 × 10(-7)-7.46 × 10(-6) M range with limit of detection of 1.15 × 10(-7) M. The determination of chlorphenvinphos in the insecticide sample proved to be in agreement with the standard spectrophotometric method, with a 95% confidence level and with a relative error lower than 3%. In this way, the CNTs-AChE biosensor presented easy preparation, fast response, sensitivity, durability, good repeatability, and reproducibility.