基于1-萘酚偶联双酶反应的农药残留检测方法研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ORKGJBNLRBKJGWIJG
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食品安全不仅与人类健康息息相关,而且影响经济发展和社会稳定。与农产品相关的食品安全问题往往是农药残留过多引起的。色谱法作为经典的农药残留分析方法,虽具有高度的灵敏性和可靠性,却局限于复杂的样品制备步骤和高素质技术人员配置,限制了其在现场检测和大规模样品筛选中的应用。农药残留的现场即时检测是保障食品安全的重要环节。鉴于此,本论文将1-萘酚偶联双酶反应集成到针筒过滤器中,开发了一种基于酶抑制的注射器实验室装置,用于即时检测有机磷类和氨基甲酸酯类农药。同时,本论文还制备出了植物酯酶-磷酸铜杂化纳米花,用于承载1-萘酚偶联双酶反应,为进一步提高检测装置的灵敏性、稳定性和准确性奠定基础。具体研究内容如下:(1)1-萘酚偶联双酶反应的构建及其对有机磷农药敌敌畏的检测效果。1-萘酚偶联双酶反应涉及一种天然酶(即植物酯酶)和一种过氧化物酶模拟酶(即铁(Ⅲ)meso-四(N-甲基-4-吡啶基)卟啉(FeTMPyP4))。植物酯酶可以催化乙酸-1-萘酯水解生成1-萘酚。1-萘酚对FeTMPyP4-催化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)氧化产生的氧化型TMB(oxTMB)具有还原效应。1-萘酚浓度越高,还原能力越强。如果植物酯酶能够催化产生足够的1-萘酚来抵抗TMB的氧化,此时溶液呈现无色。在抑制剂的存在下,乙酸-1-萘酯的催化水解受阻,1-萘酚的生成量减少,从而导致对oxTMB的还原作用减弱,溶液伴有蓝色出现。蓝色越深,抑制作用越强,抑制剂浓度越高。因此,1-萘酚偶联双酶反应为酶抑制提供了一种显色响应模式,有利于获得高灵敏性的检测效果。结果表明,以敌敌畏为分析物,658 nm处的吸光度值A658与敌敌畏浓度的对数值在10-10~6pM范围内呈现良好的线性关系(R~2=0.99),检测限低至0.48 pM。(2)基于酶抑制的注射器实验室检测装置的开发。为了使1-萘酚偶联双酶反应可以整合到针筒过滤器装置中,论文重点设计了两个反应垫:结合垫和检测垫。结合垫是一种固定有植物酯酶的聚酯纤维膜片,用于捕获农药,并介导乙酸-1-萘酯的水解反应。检测垫是一种琼脂糖凝胶,包埋有FeTMPyP4-催化TMB产生的oxTMB。将结合垫和检测垫分别放置于结合仓和检测仓,然后按照注射器、检测仓、结合仓的顺序连接起来,即可完成检测装置的构建。在注射器泵送下,1-萘酚以垂直流的方式,从结合仓流向检测仓,使两个酶促反应得以偶联。如果植物酯酶保持完整,1-萘酚会还原oxTMB,导致检测垫褪色。如果农药抑制植物酯酶活性,则产生的1-萘酚较少,检测垫的蓝色得以部分或完全地保留。蓝色越深,农药浓度越高。这种显色模式获得了较高灵敏性的检测结果(对敌敌畏的检测限为:肉眼0.1 nM,光谱仪0.07 nM),远低于欧盟国家标准的最大残留限量。当利用这种装置对黄瓜、白菜和油菜中的敌敌畏残留进行检测时,得到了较高的回收率(97.74%-102.57%),标准偏差低于3.93%。(3)植物酯酶-磷酸铜杂化纳米花的制备及其对敌敌畏的检测效果。通过自组装的方法合成了一种新的纳米材料,植物酯酶-磷酸铜杂化纳米花,简称纳米花。该纳米花具有水解酶和过氧化物酶双重酶活性,可以介导1-萘酚偶联双酶反应。当样品中存在农药时,会导致纳米花中植物酯酶活性的降低,1-萘酚的生成量相应减少,进而影响oxTMB的褪色程度。因此,依然可以通过oxTMB褪色的差异性引起颜色和吸光强度的变化,对农药进行检测。结果表明,658 nm处的吸光度值A658与敌敌畏浓度的对数值在1-10~5pM范围内呈现良好的线性关系(R~2=0.99),计算检测限为0.26 pM。
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