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
苯甲酸（benzoic acid）；样品基质：合成溶液、可乐参考物质、非酒精饮料
检测原理
该传感器以石墨棒为工作电极，表面涂覆 TiO2/MWCNT/Nafion 纳米复合层，其中包埋酪氨酸酶（Tyr）。在 0.1 M 磷酸缓冲液（pH 6）中，Tyr 催化邻苯二酚（catechol）氧化生成邻醌（o-quinone），邻醌在 -50 mV（vs. Ag/AgCl）下于电极表面还原，产生稳态安培电流。苯甲酸作为竞争性抑制剂与邻苯二酚竞争结合 Tyr 活性位点，降低酶催化速率，减少邻醌生成，使电流随苯甲酸浓度增加而下降。通过初始电流 I0 与加入样品后电流 I 的差值或抑制率计算苯甲酸浓度。MWCNT 促进电子传递，Nafion 减少酶泄漏，TiO2 凝胶提供多孔生物相容基质。方法未使用额外信号放大。
检测灵敏度
LOD: 0.03 μM；线性范围: 0.10–2.46 μM；灵敏度: 1.06 μA μM−1（示例曲线斜率: -0.9743 μA μM−1）；R^2 = 0.9981
效应效果
传感器在 0.475 μM 苯甲酸中重复性 RSD 为 4.7%（n=5），不同电极重现性 RSD 为 6.2%（0.243 μM）；流批单段顺序注射模式 RSD 为 2.1%。连续 30 次测量中 15 次后电流明显下降；4 ℃保存 5 天后保留 89% 初始响应，再一周仅 34%，长期稳定性不足。合成溶液和可乐参考物质验证中 |RE| 一般低于 4.5%，个别超过 7%。参考物质中咖啡因和糖类未明显干扰；柠檬酸和抗坏血酸可能正干扰，可用负电水凝胶膜消除。真实饮料加标约 120 mg/L，仅稀释 50 倍，测得 105.6±2.0 mg/L，HPLC 为 109.9±0.1 mg/L，结果一致。作者认为其灵敏度和检出限优于多数酪氨酸酶抑制型传感器，适用于饮料中苯甲酸快速检测。
传感器的构成
- 工作电极：石墨棒（spectral carbon rod，d=6 mm），作为安培检测换能器，表面涂覆纳米复合层
- 纳米复合修饰层：二氧化钛凝胶（TiO2 gel）、多壁碳纳米管（MWCNT）和 Nafion 组成的复合层，包埋酶、促进电子传递并减少酶泄漏
- 识别元件：酪氨酸酶（tyrosinase，Tyr），催化邻苯二酚氧化为邻醌，并受苯甲酸竞争性抑制
- 底物/信号前体：邻苯二酚（catechol），作为酪氨酸酶底物，其氧化产物在电极表面还原产生电流
- 参比与辅助电极：饱和 Ag/AgCl 参比电极和铂（Pt）辅助电极，构成三电极电化学体系
- 进样系统：流批单段顺序注射系统（flow-batch monosegmented sequential injection system，SI），以单段形式引入缓冲液、底物、样品和标准
- 测量池：玻璃流动电化学池/约 5 mL 电化学池，在恒搅拌和空气自由接触条件下进行安培测量
中文摘要
本文提出一种基于安培型酪氨酸酶生物传感器并结合流批单段顺序注射系统测定苯甲酸的方法。该传感器利用苯甲酸对酪氨酸酶（多酚氧化酶）生物催化活性的抑制效应：酪氨酸酶包埋于经多壁碳纳米管（MWCNT）和 Nafion 改性的二氧化钛凝胶中，催化邻苯二酚氧化生成邻醌，邻醌在电极表面还原产生电流；苯甲酸加入后抑制酶活性，使稳态电流下降。文章优化了工作电极电位、测量温度和底物浓度等实验条件，并考察了传感器的分析性能。所制备传感器对苯甲酸的线性范围可达 2.46 μM，灵敏度为 1.06 μA μM−1，检出限为 0.03 μM。该方法经合成样品和参考物质验证后，应用于真实饮料样品中苯甲酸的测定，结果与 HPLC 方法一致。
英文摘要
Amperometric tyrosinase based biosensor for benzoic acid determination with the use of a flow-batch monosegmented sequential injection system is proposed. The functioning of the biosensor is based on the inhibition effect of benzoic acid on the biocatalytic activity of tyrosinase, polyphenol oxidase. In the biosensor, tyrosinase is entrapped in titania gel modified with multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) and Nafion. The procedure of optimization of experimental conditions affecting the biosensor response, as well as its analytical characteristics and results of the approach verification using synthetic samples and a reference material are presented. The developed biosensor exhibits linear range up to 2.46μM, good sensitivity toward benzoic acid (1.06μAμM(-1)) and low detection limit (0.03μM). The approach has been applied to benzoic acid determination in a real beverage sample giving the result consistent with that obtained using the HPLC method.