组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
有机磷农药(organophosphorus pesticides)、氨基甲酸酯农药(carbamate pesticides，以Carbofuran/克百威为例)；样品基质：0.05 M磷酸盐缓冲液(pH 8.0，含0.1 M KCl)中的标准农药溶液，文中亦面向环境水样筛查。
检测原理
传感器以CoPC修饰的SPCE为工作电极，AChE固定于其表面。样品中的有机磷或氨基甲酸酯农药与AChE结合，抑制其催化活性。随后加入ATCh，未被抑制的AChE将ATCh水解为TCh。TCh在CoPC修饰电极上于+0.1 V发生氧化，产生计时电流。空白样品中AChE活性高，TCh生成多，电流I1较大；农药浓度越高，AChE被抑制越强，TCh生成减少，电流I2降低。以抑制率I%=(1-I2/I1)×100与农药浓度作图，实现定量检测。CoPC作为电化学介质降低TCh氧化电位，减少干扰；孵育与测量分步并洗涤，可去除样品中可氧化物。
检测灵敏度
LOD: 4.9 × 10−10 M；动态范围: 10−10–10−7 M（Carbofuran）；研究浓度范围: 10−11–10−6 M
效应效果
以Carbofuran为例，优化条件下动态范围为10−10–10−7 M，检出限为4.9×10−10 M，分析时间约15 min；研究浓度范围为10−11–10−6 M，高于10−6 M时抑制率通常达100%。方法将农药孵育与电化学测量分步进行，并在中间洗涤三次，可去除样品中可氧化物质，降低电化学干扰；CoPC使TCh在较低电位氧化，进一步减少干扰。相比GC-MS、LC-MS和NMR等确证方法，该传感器快速、低成本、可小型化和一次性使用，适合环境水样中抗胆碱酯酶农药的筛查，但不能替代色谱-质谱对具体农药的明确鉴定。
传感器的构成
- 基底与电极：聚酯基底(polyester substrate, 350 μm)上丝网印刷银基墨(Electrodag PF 410)作伪参比电极，石墨基墨(Electrodag 423 SS)作工作/辅助电极，绝缘墨(Vinylfast 36–100)隔离。
- 工作电极修饰层：CoPC(钴酞菁, cobalt(II) phthalocyanine)以5% w/w掺入碳墨，作为电化学介质降低TCh氧化电位并减少干扰。
- 识别元件：AChE(乙酰胆碱酯酶, electric eel AChE)固定于工作电极表面，催化ATCh水解并受农药抑制。
- 固定与封闭层：BSA(牛血清白蛋白)、glutaraldehyde(戊二醛)和Nafion(全氟离子交换树脂)交联固定AChE；glycine(甘氨酸)封闭剩余位点。
- 底物/信号前体：ATCh chloride(乙酰硫代胆碱氯化物)作为酶底物，水解生成TCh(硫代胆碱)。
- 信号产物：TCh(硫代胆碱)在CoPC修饰电极上氧化，产生与AChE活性成正比的电流。
中文摘要
电化学生物传感器因快速、可靠、可小型化，已成为环境分析中重要的检测工具。本章概述电化学生物传感器基本原理，并给出一种基于乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制的电化学检测方案，用于有机磷和氨基甲酸酯农药。传感器以钴酞菁(CoPC)修饰的碳丝网印刷电极(SPCE)为换能器，AChE经牛血清白蛋白(BSA)、戊二醛和Nafion交联固定于工作电极表面。检测时，AChE催化乙酰硫代胆碱(ATCh)水解生成硫代胆碱(TCh)，TCh在CoPC修饰电极上氧化产生计时电流；农药抑制AChE活性后，TCh生成减少，电流降低，抑制率与农药浓度相关。以克百威(Carbofuran)为例，动态范围为10−10–10−7 M，检出限为4.9×10−10 M，分析时间约15 min。孵育与测量分步进行并洗涤，可降低样品中可氧化物的电化学干扰。
英文摘要
In recent years, electrochemical sensors and biosensors are becoming an accepted part of analytical chemistry since they satisfy the expanding need for rapid and reliable measurements. An area in which electrochemical biosensors perhaps show the greatest diversity and potential for development involves the measurement of environmentally significant parameters. The increasing number of pollutants in the environment calls for fast and cost-effective analytical requirements. In this context, biosensors appear as suitable alternative or complementary analytical tools. The aim of this chapter is to review some basic concept concerning the electrochemical biosensors and to illustrate a protocol for the detection of environmental organic pollutants on the basis of electrochemical biosensors. In particular, a method based on the inhibition of the enzyme acetylcholinesterase (AChE) for the detection of organophosphorus and carbamate pesticides will be described in detail.