电化学传感器在农药残留检测方面的应用

电化学传感器在农药残留检测方面的应用

摘要：近年来，随着人们食品安全意识的提高，对农药残留的高灵敏检测越来越受到人们的重视。具体的检测方法有很多，这里着重介绍一类新型的方法—电化学传感器检测法。文章主要综述不同类型的电化学传感器在农药残留检测中的应用及研究进展，并对电化学传感器在农药残留检测中的应用前景进行展望。

关键词：电化学传感器；农药残留；检测

电化学传感器因其快速、简便、灵敏和探头易于微型化、设备小巧等特点而在憐农药的现场监控中具有广阔的应用前景。文章综述了免疫型、酶型、纳米型和分子印迹型电化学传感器在农药残留检测中的应用及研究进展。

1电化学免疫传感器在农药残留检测中的应用

1.1电位型免疫传感器

电位型免疫传感器是基于抗原、抗体特异性结合后诱导电位发生变化进行检测的一类生物传感器。工作原理是利用抗原或抗体在水溶液中两性解离本身带电的特性，将抗体（抗原）固定在电极表面，当抗原（抗体）与之结合形成抗原抗体复合物时，原有的膜电荷密度将发生改变，从而引起膜的Donnan电位（两相界面之间由于电荷分布不均匀，形成双电层而产生的电位差）和离子迁移的变化，最终导致膜电位发生改变。

早在1966年电位型电化学传感器就被应用到了农药检测中[1]。Dzantiev等[2]利用电位型电化学免疫传感器成功的检测了二氯苯氧基乙酸和三氯苯氧基乙酸，并将过氧化物酶标记的农药和未标记的农药与固定在石墨电极表面的抗体进行竞争性结合，再把该电极置于含有氨基水杨酸和过氧化氢的基液中进行信号检测。与标准的酶联免疫检测相比，这种传感器更省时、成本更低。

1.2电流型免疫传感器

电流型免疫传感器从属于伏安型传感器，是通过测量电流来检测分析物。检测方法主要有夹心法和竞争法两类，前者是用酶标记抗体，与固定在电极表面的抗体相结合的抗原形成夹心结构，从而催化氧化还原反应，导致电流的变化；后者是将标记抗原和样品置于同一溶液中，与电极表面固定好的抗体进行竞争性结合，导致电流发生改变[3]。

电流型免疫传感器由于其识别物质的多样性导致其具有多功能性，并且可以

通过直接或间接的方法进行检测。故这类传感器在农药残留检测方面具有很好的应用前景。Tran研究小组[4]将羟基化的阿特拉津与氮－（6－（4－羟基－6－异丙氨基－1,3,5－三氮六环－2－氨基烃基）己基）5－羟基－1,4－萘醌－3－丙酰胺电聚合单体结合，共同固定在玻碳电极表面，然后将阿特拉津单克隆抗体与电聚合物上的羟基化阿特拉津结合，再通入阿特拉津标准品，由于阿特拉津结合抗体的能力比羟基化的阿特拉津强，将抗体从电极表面置换出来，从而通过方波伏安法进行阿特拉津的检测。这种方法具有检测范围广、再现性和稳定性好等优点。

1.3阻抗型免疫传感器

阻抗型免疫传感器测量的是整个电场的变化情况，这些变化包括了电解液的导电性和电极表面抗原抗体的相互作用。电化学阻抗谱是一种很灵敏的检测技术，它应用周期性小振幅的交流电信号检测整个系统的电反应情况［[5]。

近几年，电化学阻抗在农药残留检测方面也有相关报道。Ramon-Azcon等[6]将叉指列阵电极应用到阻抗型免疫传感器中，非标记性的检测了阿特拉津，其检测限为0.04μg/L，相比固相萃取的检测限小得多；而Valera等[7]利用电导型的免疫传感器检测了红酒中的除草剂阿特拉津。

2电化学酶传感器在农药残留检测中的应用

2.1胆碱酯酶电化学生物传感器

这类电化学型生物传感器都是基于胆碱酯酶催化底物水解生成电活性物质的反应而构建的。国内外利用胆碱酯酶研制的生物传感器主要分为两大类：电位型和电流型胆碱酯酶生物传感器。在检测OPs 的EBS 研究中，多数是电流型传感器。因为电流型酶传感器电极响应和恢复时间短，灵敏度大幅度提高，其灵敏度明显高于电位型[8]。电流型胆碱酯酶生物传感器是电化学分析领域内的一个重要的分支，目前的研究集中在工作电极的选择，酶的固定化，以及电极的化学修饰[9]。

由于胆碱酯酶催化产物硫代胆碱氧化电位相对较高，在如此高的电压下如果检测系统中有还原性的杂质,则不可避免会因为杂质的氧化产生干扰电流，从而产生杂峰，影响实验的准确性及灵敏度。为了消除样品中一些物质的干扰，降低其氧化过电位，普遍采用化学修饰电极的方法，即通过共价键合、吸附、聚合等手段，对电极表面进行修饰设计，使反应在与裸电极上相比较低的过电位发生，

提高传感器的灵敏度和选择性。Fabiana Arduini[10]等采用丝网印刷普鲁士蓝修饰电极对涕灭威和西维因进行了检测，测定中大大降低了测定巯基胆碱的氧化电位。

近年来，分子筛修饰电极的研究引起了人们的广泛关注。分子筛是一种电绝缘体类物质，因此通常将分子筛与导电碳粉等混合而制备修饰电极，使反应在较低的过电位时发生，以提高传感器的灵敏度和选择性，这是目前该领域的研究热点。

2.2有机磷水解酶电化学生物传感器

该类传感器的识别原理是基于酶催化水解OPs的反应。Mulchandani 等人[11]将高活力的OPH 固定化在丝网印刷碳电极表面，首次制成一种基于OPH 的安培型生物传感器，其检测限远低于电位型传感器。对氧磷和甲基对硫磷两种农药的线性检测范围为5×10- 6~4×10- 5 mol/L；对两种农药的最低检测限分别为9×10- 8 和7×10- 8 mol/L。

OPH 可以直接水解有机磷农药，专一性强，灵敏度高，选择性好，在保证酶对底物过量情况下，酶活性出现小幅度的下降或波动，结果偏差较小；有机磷农药不对OPH 产生抑制，反应中酶的活性损失小，可多次重复使用；整个检测过程简单、快速。因此，具有广阔的发展空间。

由于单酶传感器只能测定数目有限的环境污染物，因此可以在一个生物传感器上偶联几种酶促反应，以增加可测分析物的数目。陈建芳制备了一种多酶电位型有机磷农药传感器，对溶液中甲胺磷的含量进行了测试，检测限为0.01 mg/kg[12]。

3纳米材料电化学传感器

纳米材料具有吸附能力强、催化效率高、比表面积大、表面原子配位不全等导致表面积的活性位点增加、表面活性高、可标记特定的生物分子等一系列特征，被广泛的应用于生物传感器信号的放大[13]。243第29卷第４期李文进等：电化学传感器在农药残留检测中的研究进展。故近几年被广泛应用于检测农药的电化学传感器中，大大提高了该传感器的灵敏度、稳定性、选择性和再现性。Manisankar研究小组[14]通过在玻碳电极表面固定多壁碳纳米管，然后在电沉积作用下分别固定电聚合物聚苯胺和聚吡咯，利用电聚合物表面的官能团和碳纳米管的电催化性对一些常用的农药进行检测。试验表明效果最佳的电聚合物是聚苯胺，