电聚合L-赖氨酸膜修饰电极对甲基对硫磷的检测研究

冯玉翔，张升晖

(湖北民族学院 化学与环境工程学院，湖北 恩施 445000)

甲基对硫磷是一种高毒有机磷酸酯类农药，其残留不仅对生态环境造成严重的污染与危害，而且还可以通过食物链作用在人体积累，引发各类急慢性中毒现象，危害人类健康，因此在很多国家已经被禁用.但在食品安全、环境和农产品的进出口贸易中, 仍把甲基对硫磷列为重要的污染检测物[1-2].所以建立快速、灵敏、可靠的甲基对硫磷检测方法尤为重要.目前，有关甲基对硫磷的检测方法主要有光谱法[3-4]、免疫测定法[5]、色谱法[6]、 色谱与质联用法[7-8]及电化学生物传感器法[9-13]等.电化学聚合膜因其厚度可控、响应快，为甲基对硫磷的快速检测开辟了一条新思路.

氨基酸因含氨基和羧基两种功能团而具有许多独特的性质，通过电化学方法将氨基酸聚合[14-15]到电极表面研究其生物活性，已经引起了许多化学研究者的关注.本文以L-赖氨酸为聚合单体，将其聚合到玻碳电极表面制成修饰电极.并利用K3[Fe(CN)6]作为电化学探针分子，考察了聚合物膜修饰电极的电化学性能，结果表明，该膜修饰电极对甲基对硫磷有良好的增敏作用, 其氧化峰峰电流明显大于在裸玻碳电极上的氧化峰峰电流.在此基础上，通过电化学方法研究了甲基对硫磷在修饰电极上的电化学行为，建立了一种快速、灵敏、简便的甲基对硫磷电化学检测新方法.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

在CHI660B电化学工作站(辰华仪器公司，中国上海)上采用常规三电极系统进行电化学测试，聚L-赖氨酸修饰电极和裸玻碳电极GCE(直径3 mm)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为对电极.甲基对硫磷(湖北沙隆达农药研究所)，用乙醇配为0.01 mol·L-1储备液, 于4℃冷藏保存备用；磷酸盐缓冲溶液由磷酸氢二钠和磷酸二氢钾组成；L-赖氨酸购自上海源聚生物科技有限公司，其他试剂均为分析纯.实验用水为二次蒸馏水，所有实验均在室温下完成.

1.2 聚L-赖氨酸修饰电极的制备

玻碳电极先用金砂纸打磨, 在三氧化铝悬浊液中抛光成镜面，然后将电极依次用 HNO3(1∶1)，无水乙醇，二次蒸馏水超声清洗3 min，取出后晾干备用.将处理好的玻碳电极置入5.0×10-3mol·L-1L-赖氨酸的无水乙醇溶液和1/15 mol·L-1的磷酸盐缓冲液(pH 9.0) 体系中，在0～1.9 V电位范围内，以10 mV·s-1的扫描速度循环伏安扫描10圈，电化学聚合制得聚L-赖氨酸修饰电极.取出电极用蒸馏水洗净，晾干备用.

1.3 实验方法

所有电化学测量都在10 mL 电解池中进行，将一定量的甲基对硫磷加入1/15磷酸盐缓冲溶液(pH 7.0)中，在0 V条件下富集120 s，静止2 s，在-0.80～0.60 V范围内进行方波伏安法扫描，电位阶差10 mV，振幅25 mV，频率15 Hz，扫速为100 mV·s-1；在-0.85～0.4 V范围内进行循环伏安法扫描.每次扫描结束后，按上述方法重新制备修饰电极，以获得好的重现性.

2 结果与讨论

2.1 聚L-赖氨酸膜的电化学性能研究

图1是裸玻碳电极(曲线a)和聚L-赖氨酸膜修饰电极(曲线b)在5.0×10-3mol·L-1的K3[Fe(CN)6]和0.1 mol·L-1KCl溶液中的循环伏安曲线.经比较可知，与裸玻碳电极相比，K3[Fe(CN)6] 在聚L-赖氨酸膜修饰电极上的峰电流明显增加，氧化-还原峰峰电位差减小.由Nicholson理论，氧化还原峰电位之差变小标志着标准异相速率常数增加.又根据Randles-sevcik方程可知，电极的有效响应面积与峰电流成正比，因此聚L-赖氨酸膜显著增加了玻碳电极的表面积，表现出明显的表面增强效应.毫无疑问，聚L-赖氨酸膜表现出了明显的加速电子转移效应，也具有了更高的电子交换速率常数.由此可得出这样一个结论，聚L-赖氨酸修饰玻碳电极是一种高效、灵敏的甲基对硫磷电化学检测方法.

2.2 甲基对硫磷的电化学行为

图2为裸玻碳电极(曲线a)和聚L-赖氨酸膜修饰电极(曲线b)在2.0×10-5mol·L-1甲基对硫磷中的循环伏安曲线.从图上可以看出，甲基对硫磷在裸GCE上几乎没有响应，而在修饰电极上，第一圈循环扫描时在-0.587 V电位处出现一个尖锐的不可逆还原峰；而在反描时，在-0.064 V和-0.093 V电位处出现一对准可逆的氧化-还原峰.这说明聚L-赖氨酸膜能促进甲基对硫磷的电化学氧化还原过程，表现出明显的增敏作用.

图1 裸玻碳电极(a)和聚L-赖氨酸修饰 图2 裸玻碳电极(a)和聚L-赖氨酸修饰玻碳电极(b)在5.0×10-3mol·L-1 玻碳电极(b) 在2.0 × 10-5mol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液中的循环伏安曲线 甲基对硫磷溶液中的循环伏安曲线

2.3 pH值对甲基对硫磷氧化峰电流的影响

用方波伏安法研究了2.0×10-5mol·L-1甲基对硫磷在pH值4.5～9.2范围内的磷酸盐缓冲溶液中的电化学行为.图3给出了甲基对硫磷在修饰电极上的氧化峰峰电流与pH值的关系曲线，由图可知，当pH值从4.5增加到7.0时，甲基对硫磷的氧化峰峰电流不断增高.当pH值达到7.0时，甲基对硫磷的氧化峰峰电流达到最大，然后随着pH的升高反而降低，因此选择pH=7.0为电聚合L-赖氨酸膜测定的最佳pH条件.

2.4 富集时间对甲基对硫磷电流响应的影响

进一步考察了富集时间在0～180 s范围，对甲基对硫磷氧化峰峰电流的影响.结果如图4所示，当富集时间由0 s增加到120 s时，甲基对硫磷的氧化峰峰电流不断增大，这是因为富集显著提高了甲基对硫磷在电极表面的量.当富集时间超过120 s后，甲基对硫磷氧化峰电流增加缓慢, 这说明电极表面甲基对硫磷的浓度趋于饱和.综合分析，选择120 s为测定时最佳富集时间.

表1 聚L-赖氨酸修饰玻碳电极测定苹果样中甲基对硫磷结果

2.5 重现性、线性范围和检测限

因为聚L-赖氨酸膜修饰电极表面对甲基对硫磷的强烈吸附，实验中每支修饰电极只使用一次，每次测试后都重新制备新的修饰电极.分别采用8支不同批次制备的修饰电极测定2.0×10-5mol·L-1的甲基对硫磷，以考察不同修饰电极之间的重现性，其相对标准偏差(RSD)为3.7%，说明该修饰电极具有较好的制备重现性.

在最佳条件下，用方波伏安法考察了该新方法在不同浓度下的甲基对硫磷的线性范围和检测限，结果发现，其氧化峰电流与甲基对硫磷浓度在1.0×10-6～ 1. 0×10-4mol·L-1范围内呈良好线性关系，其线性方程为Ip(μA)=0.479 6 C(μmol/L)+39.313(R=0.993)，相关系数为0.993，检出限为4.0×10-7mol·L-1(S/N=3).

图3 pH值对2.0×10-5mol·L-1的甲基对硫磷氧化峰电流的影响 图4 富集时间对2.0×10-5mol·L-1的甲基对硫磷氧化峰峰电流的影响

2.6 实际样品的测定

将此方法用于市场上购买的苹果样的测定.按最佳测试条件进行测定，没有检测到甲基对硫磷的存在，说明其残留低于传感器的检测限.故采用标准加入法验证传感器的准确性，其测定结果如表1 所示.由表可知，其平均回收率为99.0%，相对标准偏差2.0%，表明此方法具有较好的准确性.

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