CN105044193B - 一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其是一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器,通过离子液体对氧化石墨烯电极的修饰处理，进而使得可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器电极的敏感性较优，进而提高对待检物质的准确性，尤其是提高了传感器对多菌灵的灵敏度，进而提高对多菌灵的检测准确性。

Description

一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其是一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术

多菌灵，又名N—2—苯丙吡唑基氨基甲酸甲酯，简写成BCM，其分子式为C₉H₉N₃O₂。BCM是一种广谱性、高效低毒、内吸性杀菌剂，有内吸治疗和保护作用。它对许多种作物由真菌引起的病害有防治效果，广泛应用于农作物等病害的治疗，由于它的残效期比较长，对哺乳动物和人有一定的毒害性，对环境也会产生污染和危害，因此，对多菌灵的检测至关重要。检测多菌灵的方法有很多种，其中常见的有：酶联免疫分析法、紫外光谱法、色质联用法、荧光分析法、高效液相色谱法、分光光度法等，但运用这些方法检测所需要的成本高，操作复杂，难以普及。电化学方法因其仪器设备较简单、操作方便快捷、获取数据速度快、灵敏度和准确度高、分析成本低且易于自动化管理等优点而被广泛应用于各种物质的检测。

但在传统的电化学检测过程中，采用氧化石墨烯作为电极制备成传感器，由于制备过程中，氧化石墨烯因其独特的结构而具有一系列优异的物理和化学性质，因此在电分析和电化学传感中的应用备受关注。但石墨烯片层之间具有强烈的π-π键作用，进而导致它在溶液中的分散性受到影响，即在溶液中容易发生聚沉，进而影响氧化石墨烯作为电极的传感器的灵敏性，进而降低对检测物质的检测准确性和检测的灵敏度，尤其是对于多菌灵这种具有毒性物质的检测时，要求其灵敏度较高，进而提高检测准确率的前提下，则需要对上述以氧化石墨烯为电极制备的传感器的电极进行修饰，进而得到提高电化学检测多菌灵的准确性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，由丝网印刷电极和涂敷在丝网印刷电极上的氧化石墨烯分散液层和涂敷在含有氧化石墨烯分散液层的咪唑类离子液体分散液层组成，其中氧化石墨烯分散液的浓度为2-10mg/ml，氧化石墨烯分散液的用量为2-5μL。

该可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为2-10mg/ml的氧化石墨烯分散液，取2-5μL涂敷在丝网印刷电极表面上，再将其置于红外灯烤干，获得氧化石墨烯修饰电极；

(2)选用咪唑类离子液体超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为10-15ug/mL的咪唑类离子液体分散液，取2-5μL涂敷在步骤1)的粗电极表面，待涂敷上去5-8h后，再将其采用蒸馏水冲洗，蒸馏水的用量为20-30ml，待冲洗完成后，置于自然环境中晾干，即可获得咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极。

所述的咪唑类离子液体为四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液中的一种或者两种组混合。

所述的四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液和六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液进行混合时，其混合比为(1-3):(1-3)。

本发明还将上述制备的咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极作为工作电极与饱和甘汞电极作参比电极，铂丝电极作对电极后组成可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，并将其应用于对多菌灵浓度的测定。

其应用于对多菌灵浓度的测定方法为：

(1)标准液制备：称取多菌灵标准品，并以pH＝1.85的B-R缓冲溶液为溶剂，将多菌灵标准品溶解在溶剂中，配制成不同的已知浓度的多菌灵溶液，并控制已知浓度的多菌灵溶液的浓度范围在1.0×10^-10-5×10^-5mol/L，待用；

(2)电化学传感器制备：将咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰丝网印刷电极作为工作电极，饱和甘汞电极作参比电极，铂丝电极作对电极组成可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，待用；

(3)标准曲线绘制：将步骤2)的电化学传感器置于步骤1)的标准液中，开路富集20-80s，静止2-5s，在0.5-1.2V扫描区间内进行差分脉冲伏安分析，差分脉冲伏安法的参数为：扫描范围：0.1-1.2V，电位增量：0.004V，振幅：0.05V，脉冲宽度：0.2s，采样宽度：0.02s，脉冲周期：0.5s，进而得出多菌灵溶液在浓度为1.0×10^-10-5×10^-5mol/L内差分脉冲伏安氧化峰上，电流与浓度呈现良好的线性关系，进而根据线性关系I_P(uA)＝a+bC(umol/L)，得出线性回归方程为：I_P(uA)＝-3.7465-0.06675C(umol/L)；

(4)待测样品检测：将待测样品物质粉碎后，得粉末，采用以质量百分数计含1％甲酸的乙腈溶液微波提取，其中微波频率为30-3000Hz，乙腈溶液与粉末的配比以重量比计为5:1，再采用搅拌速度为500-1500r/min搅拌均匀浆液，再减压抽滤得提取液，并用提取液10mL分2次清洗残渣，再取提取液100ml在80℃水浴锅中恒温浓缩至10mL，再用pH＝1.85的B-R缓冲溶液定容至200mL；再重复步骤3)，并根据差分脉冲伏安法氧化峰的电流值大小结合步骤3)的线性回归方程，即可检测出其中的多菌灵浓度。

本发明的超声分散处理的超声频率为20-200kHz。

本发明中的红外灯烤干时的温度为50-70℃。

本发明的咪唑类离子液体的浓度为20-40mg/ml。

离子液体是在室温下为液态的熔融盐，完全由离子构成，它具有电化学窗口宽、导电率高、热稳定性和化学特性好等优点，特别适合用于电化学的研究领域。进而通过离子液体对氧化石墨烯电极的修饰处理，进而使得可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器电极的敏感性较优，进而提高对待检物质的准确性，尤其是提高了传感器对多菌灵的灵敏度，进而提高对多菌灵的检测准确性。

本发明中的传感器为可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，其制备工艺简单，原理可靠，环境友好，工作电极一次性使用，可抛弃，成本低。并且，当相对误差在±5％范围内时，Na⁺、K⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、A1³⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、Ca²⁺等常见金属离子，200倍的葡萄糖、甘氨酸、柠檬酸及精氨酸等对多菌灵溶液的测定不造成干扰。进而达到对多菌灵分子有较好的识别能力，能达到特异性检测的要求。具有制备方法简便、稳定可靠、灵敏度高等优点。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，由丝网印刷电极和涂敷在丝网印刷电极上的氧化石墨烯分散液层和涂敷在含有氧化石墨烯分散液层的咪唑类离子液体分散液层组成，其中氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/ml，氧化石墨烯分散液的用量为2μL。

该可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为2mg/ml的氧化石墨烯分散液，取2μL涂敷在丝网印刷电极表面上，再将其置于红外灯烤干，获得氧化石墨烯修饰电极；

(2)选用咪唑类离子液体超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为10ug/mL的咪唑类离子液体分散液，取2μL涂敷在步骤1)的粗电极表面，待涂敷上去5h后，再将其采用蒸馏水冲洗，蒸馏水的用量为20ml，待冲洗完成后，置于自然环境中晾干，即可获得咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰丝网印刷电极。

所述的咪唑类离子液体为四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液。

实施例2

一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，由丝网印刷电极和涂敷在丝网印刷电极上的氧化石墨烯分散液层和涂敷在含有氧化石墨烯分散液层的咪唑类离子液体分散液层组成，其中氧化石墨烯分散液的浓度为10mg/ml，氧化石墨烯分散液的用量为5μL。

该氧化石墨烯修饰电极制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为10mg/ml的氧化石墨烯分散液，取5μL涂敷在丝网印刷电极表面上，再将其置于红外灯烤干，获得氧化石墨烯修饰电极；

(2)选用咪唑类离子液体超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为15ug/mL的咪唑类离子液体分散液，取5μL涂敷在步骤1)的粗电极表面，待涂敷上去8h后，再将其采用蒸馏水冲洗，蒸馏水的用量为30ml，待冲洗完成后，置于自然环境中晾干，即可获得咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极。

所述的咪唑类离子液体为六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液。

实施例3

一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，由丝网印刷电极和涂敷在丝网印刷电极上的氧化石墨烯分散液层和涂敷在含有氧化石墨烯分散液层的咪唑类离子液体分散液层组成，其中氧化石墨烯分散液的浓度为5mg/ml，氧化石墨烯分散液的用量为3μL。

该咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为5mg/ml的氧化石墨烯分散液，取3μL涂敷在丝网印刷电极表面上，再将其置于红外灯烤干，获得氧化石墨烯修饰电极；

(2)选用咪唑类离子液体超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为13ug/mL的咪唑类离子液体分散液，取4μL涂敷在步骤1)的粗电极表面，待涂敷上去7h后，再将其采用蒸馏水冲洗，蒸馏水的用量为25ml，待冲洗完成后，置于自然环境中晾干，即可获得咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极。

所述的四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液和六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液进行混合时，其混合比为1:3。

实施例4

在上述实施例1的基础上，其他步骤同实施例1，所述的四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液和六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液进行混合时，其混合比为3:1。

实施例5

在上述实施例2的基础上，其他步骤同实施例2，所述的四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液和六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液进行混合时，其混合比为1:1。

实施例6

将实施例1制备的咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极应用于香菇中多菌灵的浓度检测，具体方法是：(1)标准液制备：称取多菌灵标准品，并以pH＝1.85的B-R缓冲溶液为溶剂，将多菌灵标准品溶解在溶剂中，配制成不同的已知浓度的多菌灵溶液，并控制已知浓度的多菌灵溶液的浓度范围在1.0×10^-10-5×10^-5mol/L，待用；

(2)电化学传感器制备：将咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极作为工作电极，饱和甘汞电极作参比电极，铂丝电极作对电极组成可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，待用；

(3)标准曲线绘制：将步骤2)的电化学传感器置于步骤1)的标准液中，开路富集20-80s，静止2-5s，在0.5-1.2V扫描区间内进行差分脉冲伏安分析，差分脉冲伏安法的参数为：扫描范围：0.1-1.2V，电位增量：0.004V，振幅：0.05V，脉冲宽度：0.2s，采样宽度：0.02s，脉冲周期：0.5s，进而得出多菌灵溶液在浓度为1.0×10^-10-5×10^-5mol/L内差分脉冲伏安氧化峰上，电流与浓度呈现良好的线性关系，进而根据线性关系I_P(uA)＝a+bC(umol/L)，得出线性回归方程为：I_P(uA)＝-3.7465-0.06675C(umol/L)；

(4)香菇检测：将香菇粉碎后，采用以质量百分数计含1％甲酸的乙腈溶液微波提取，其中微波频率为30-3000Hz，乙腈溶液与粉末的配比以重量比计为5:1，再采用搅拌速度为500-1500r/min搅拌均匀浆液，再减压抽滤得提取液，并用提取液10mL分2次清洗残渣，再取提取液100ml在80℃水浴锅中恒温浓缩至10mL，再用pH＝1.85的B-R缓冲溶液定容至200mL；再重复步骤3)，并根据差分脉冲伏安法氧化峰的电流值大小结合步骤3)的线性回归方程，即可检测出香菇中的多菌灵浓度为7.84×10^-9mol/L。

实施例7

将实施例1制备的可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器应用于大棚蔬菜番茄中多菌灵的浓度检测，具体方法是：(1)标准液制备：称取多菌灵标准品，并以pH＝1.85的B-R缓冲溶液为溶剂，将多菌灵标准品溶解在溶剂中，配制成不同的已知浓度的多菌灵溶液，并控制已知浓度的多菌灵溶液的浓度范围在1.0×10^-10-5×10^-5mol/L，待用；

(2)电化学传感器制备：将咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极作为工作电极，饱和甘汞电极作参比电极，铂丝电极作对电极组成可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，待用；

(3)标准曲线绘制：将步骤2)的电化学传感器置于步骤1)的标准液中，开路富集20-80s，静止2-5s，在0.5-1.2V扫描区间内进行差分脉冲伏安分析，差分脉冲伏安法的参数为：扫描范围：0.1-1.2V，电位增量：0.004V，振幅：0.05V，脉冲宽度：0.2s，采样宽度：0.02s，脉冲周期：0.5s，进而得出多菌灵溶液在浓度为1.0×10^-10-5×10^-5mol/L内差分脉冲伏安氧化峰上，电流与浓度呈现良好的线性关系，进而根据线性关系I_P(uA)＝a+bC(umol/L)，得出线性回归方程为：I_P(uA)＝-3.7465-0.06675C(umol/L)；

(4)大棚蔬菜番茄中多菌灵残留的检测：将番茄打汁，采用以质量百分数计含1％甲酸的乙腈溶液微波提取，其中微波频率为30-3000Hz，乙腈溶液与粉末的配比以重量比计为5:1，再采用搅拌速度为500-1500r/min搅拌均匀浆液，再减压抽滤得提取液，并用提取液10mL分2次清洗残渣，再取提取液100ml在80℃水浴锅中恒温浓缩至10mL，再用pH＝1.85的B-R缓冲溶液定容至200mL；再重复步骤3)，并根据差分脉冲伏安法氧化峰的电流值大小结合步骤3)的线性回归方程，即可检测出大棚蔬菜番茄中的多菌灵浓度为9.89×10^-9mol/L。

实施例8

将实施例1制备的可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器应用于小白菜中多菌灵的浓度检测，具体方法是：(1)标准液制备：称取多菌灵标准品，并以pH＝1.85的B-R缓冲溶液为溶剂，将多菌灵标准品溶解在溶剂中，配制成不同的已知浓度的多菌灵溶液，并控制已知浓度的多菌灵溶液的浓度范围在1.0×10^-10-5×10^-5mol/L，待用；

(2)电化学传感器制备：将咪唑类离子液体/氧化石墨烯修饰电极作为工作电极，饱和甘汞电极作参比电极，铂丝电极作对电极组成可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，待用；

(3)标准曲线绘制：将步骤2)的电化学传感器置于步骤1)的标准液中，开路富集20-80s，静止2-5s，在0.5-1.2V扫描区间内进行差分脉冲伏安分析，差分脉冲伏安法的参数为：扫描范围：0.1-1.2V，电位增量：0.004V，振幅：0.05V，脉冲宽度：0.2s，采样宽度：0.02s，脉冲周期：0.5s，进而得出多菌灵溶液在浓度为1.0×10^-10-5×10^-5mol/L内差分脉冲伏安氧化峰上，电流与浓度呈现良好的线性关系，进而根据线性关系I_P(uA)＝a+bC(umol/L)，得出线性回归方程为：I_P(uA)＝-3.7465-0.06675C(umol/L)；

(4)小白菜中多菌灵残留的检测：将小白菜磨浆，采用以质量百分数计含1％甲酸的乙腈溶液微波提取，其中微波频率为30-3000Hz，乙腈溶液与粉末的配比以重量比计为5:1，再采用搅拌速度为500-1500r/min搅拌均匀浆液，再减压抽滤得提取液，并用提取液10mL分2次清洗残渣，再取提取液100ml在80℃水浴锅中恒温浓缩至10mL，再用pH＝1.85的B-R缓冲溶液定容至200mL；再重复步骤3)，并根据差分脉冲伏安法氧化峰的电流值大小结合步骤3)的线性回归方程，即可检测出小白菜中的多菌灵浓度为1.06×10^-8mol/L。

Claims (3)

1.一种可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为2-10mg/ml的氧化石墨烯分散液，取2-5μL涂敷在丝网印刷电极表面上，再将其置于红外灯烤干，获得氧化石墨烯修饰电极；

(2)选用咪唑类离子液体超声分散于蒸馏水中，配制成浓度为10-15ug/mL的咪唑类离子液体分散液，取2-5μL涂敷在步骤(1)的氧化石墨烯修饰电极表面，待涂敷上去5-8h后，再将其采用蒸馏水冲洗，蒸馏水的用量为20-30ml，待冲洗完成后，置于自然环境中晾干；

将步骤(2)制作的电极作为工作电极、饱和甘汞电极作参比电极，铂丝电极作对电极组成可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，并将该电化学传感器应用于对多菌灵浓度的测定，其应用于对多菌灵浓度的测定方法为：

(a)标准液制备：称取多菌灵标准品，并以pH＝1.85的B-R缓冲溶液为溶剂，将多菌灵标准品溶解在溶剂中，配制成不同的已知浓度的多菌灵溶液，并控制已知浓度的多菌灵溶液的浓度范围在1.0×10^-10-5×10^-5mol/L，待用；

(b)标准曲线绘制：将所述电化学传感器置于步骤(a)的标准液中，开路富集20-80s，静止2-5s，在0.5-1.2V扫描区间内进行差分脉冲伏安分析，差分脉冲伏安法的参数为：扫描范围：0.1-1.2V，电位增量：0.004V，振幅：0.05V，脉冲宽度：0.2s，采样宽度：0.02s，脉冲周期：0.5s，进而得出多菌灵溶液在浓度为1.0×10^-10-5×10^-5mol/L内差分脉冲伏安氧化峰上，电流与浓度呈现良好的线性关系，进而根据线性关系I_P＝a+bC其中 I_P 单位为uA，C单位为umol/L，得出线性回归方程为：I_P＝-3.7465-0.06675C，其中I_P单位为uA，C单位为umol/L；

(c)待测样品检测：将待测样品物质粉碎后，得粉末，采用以质量百分数计含1％甲酸的乙腈溶液微波提取，其中微波频率为30-3000Hz，乙腈溶液与粉末的配比以重量比计为5:1，再采用搅拌速度为500-1500r/min搅拌均匀浆液，再减压抽滤得提取液，并用提取液10mL分2次清洗残渣，再取提取液100ml在80℃水浴锅中恒温浓缩至10mL，再用pH＝1.85的B-R缓冲溶液定容至200mL；再重复步骤(b)，并根据差分脉冲伏安法氧化峰的电流值大小结合步骤(b)的线性回归方程，即可检测出其中的多菌灵浓度。

2.如权利要求1所述的可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，其特征在于，所述的咪唑类离子液体为四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液中的一种或者两种的混合。

3.如权利要求2所述的可抛式痕量多菌灵丝网印刷电化学传感器，其特征在于，所述的四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液和六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑溶液进行混合时，其混合比为(1-3):(1-3)。