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
三价砷（As(III)）、五价砷（As(V)，需硫代硫酸钠预还原）；样品基质：加标自来水、认证水样。
检测原理
Ach 共价固定于 SPCE 碳工作电极表面。检测时，在 pH 7 Britton-Robinson 缓冲液中加入底物乙酰硫代胆碱碘化物（ATChI），Ach 催化其水解生成电活性产物硫代胆碱和乙酸。硫代胆碱在 +0.6 V（vs. Ag/AgCl）发生阳极氧化，产生稳态安培电流 I0。As(III) 与 Ach 活性位点相互作用，使酶失活，ATChI 水解速率下降，硫代胆碱生成量减少，氧化电流 I 降低。以 ΔI=I0−I 作为响应，随 As(III) 浓度增加而增大。As(V) 不直接抑制 Ach，需先用硫代硫酸钠还原为 As(III) 后再测定。方法无额外信号放大，依赖酶催化与安培检测。
检测灵敏度
LOD: 1.1 × 10−8 M；线性范围: 1 × 10−8 M–1 × 10−7 M；斜率: 7.9993（校准曲线 y = 7.9993C + 3×10^-8）；R^2 = 0.9996
效应效果
重复性 RSD 为 3.4%，重现性 RSD 为 4.0%，4°C 缓冲液保存至少 15 天。Ni(II)、Cu(II) 高于 2×10^-6 M 时有影响，Hg(II) 高于 2×10^-7 M 时干扰最显著。加标自来水（1.00 μM As(III)）测得 1.04±0.05 μM（n=6，RSD=4.1%）；认证水样 As(V) 预还原后测得 (1.361±0.095)×10^-2 M，与标称 (1.336±0.006)×10^-2 M 一致（RSD=6.7%）。作者认为一次性 SPCE、固定简单、酶用量低、低电位（+0.6 V）适合现场筛查和砷形态分析。
传感器的构成
- 基底与电极：聚酯薄膜基底上丝网印刷碳工作电极（Electrodag PF-407 A 碳墨，4 mm²）、碳辅助电极和 Ag/AgCl 参比电极（Electrodag 6037 SS 银/氯化银墨），绝缘层（Electrodag 452 SS）隔离，构成三电极换能器。
- 共价偶联层：N-环己基-N'-[2-(N-甲基吗啉基)乙基]碳二亚胺 4-甲苯磺酸盐（carbodiimide）滴加于工作电极，活化表面羧基以便与酶氨基共价结合。
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, Ach，E.C. 3.1.1.7，电鳗来源）以 2.5 mg/mL 滴加并 30°C 反应 2 h，共价固定于碳表面，催化底物水解并受 As(III) 抑制。
- 底物/信号前体：乙酰硫代胆碱碘化物（acetylthiocholine iodide, ATChI，3.6×10^-4 M）在 Ach 催化下生成电活性产物。
- 信号产物：硫代胆碱（thiocholine）在 +0.6 V（vs. Ag/AgCl）发生阳极氧化，产生与酶活性相关的安培电流。
- 缓冲介质：Britton-Robinson 缓冲液（pH 7）维持酶催化与电化学检测环境。
中文摘要
本文报道了一种基于乙酰胆碱酯酶（Ach）抑制效应的酶促安培生物传感器，用于测定三价砷。将 Ach 通过共价键合直接固定在丝网印刷碳电极（SPCE）工作电极表面，构成一次性 Ach/SPCE 生物传感器。在 Britton-Robinson 缓冲液（pH 7）中，底物乙酰硫代胆碱碘化物在 Ach 催化下生成电活性产物硫代胆碱，后者在 +0.6 V（vs. Ag/AgCl）发生阳极氧化，产生安培电流。As(III) 与 Ach 结合并抑制其酶活性，使硫代胆碱生成量减少，氧化电流随 As(III) 浓度增加而降低。通过优化底物浓度、pH 和施加电位，建立了 1×10^-8 至 1×10^-7 M 的线性校准关系，检出限为 1.1×10^-8 M。方法重复性和重现性 RSD 低于 4%，并考察了多种金属离子干扰。该传感器用于加标自来水中 As(III) 测定，结果与真实值一致，也可经硫代硫酸钠预还原后用于 As(V) 测定。
英文摘要
Enzymatic amperometric procedures for measuring arsenic, based on the inhibitive action of this metal on acetylcholinesterase enzyme activity, have been developed. Screen-printed carbon electrodes (SPCEs) were used with acetylcholinesterase covalently bonded directly to its surface. The amperometric response of acetylcholinesterase was affected by the presence of arsenic ions, which caused a decrease in the current intensity. The experimental optimum working conditions of pH, substrate concentration and potential applied, were established. Under these conditions, repeatability and reproducibility of biosensors were determined, reaching values below 4% in terms of relative standard deviation. The detection limit obtained for arsenic was 1.1 × 10(-8) M for Ach/SPCE biosensor. Analysis of the possible effect of the presence of foreign ions in the solution was performed. The method was applied to determine levels of arsenic in spiked tap water samples.