一种快速检测土壤中乙草胺残留的方法及检测装置

摘要

一种快速检测土壤中乙草胺残留的方法，包括以下步骤：a、制作乙草胺浓度与电流的线性关系图。将工作电极、参比电极和辅助电极分别放入电解池中；电解池下方设置卤素灯光光源；在偏置电位为0V的条件下，卤素灯光光源自电解池下方向上对乙草胺电解液进行照射，分别测量得到不同已知浓度的乙草胺溶液的光电流信号值；制作乙草胺浓度与抑制光电流的线性关系图。b、测量待测的乙草胺溶液的光电流信号值，计算出测试样品中乙草胺浓度。一种快速检测土壤中乙草胺残留的装置，包括电化学工作站、光源、电解池、工作电极、参比电极和辅助电极。本发明检测成本低、自动化程度高、操作简便和取样量小，耗时短。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电化学方法，特别涉及一种快速检测土壤中乙草胺残留的方 法。

背景技术

乙草胺是当前使用面积最大的旱地除草剂之一，但由于乙草胺降解周期较长，在 水体和土壤环境中易迁移，并且其代谢产物醌亚胺具有弱的基因毒性和致癌作用。

在本发明之前，常用的检测乙草胺的方法多为色谱法与其他技术联用。采用质谱 法能提高分析的灵敏度和选择性，但是仪器使用较复杂且成本较高，样品提取净化步骤相 对繁琐，灵敏度受样品净化、浓缩等步骤的影响，且这些方法对仪器设备要求较高。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制基于电化学方法快速测定乙草胺的方法 及检测装置，检测成本低、自动化程度高、操作简便和取样量小，耗时短。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的，一种快速检测土壤中乙草胺残 留的方法，包括以下步骤：

a、制作乙草胺浓度与电流的线性关系图：

（1）在清洁的玻碳电极表面用石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖悬浮液滴涂后，置于4°C 下晾干，制成工作电极，即石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极；

（2）在电解池中加入10mL含有0.8mM葡萄糖的磷酸盐缓冲溶液，然后依次加入不同已知 浓度的乙草胺溶液到电解池中；

（3）以石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极为工作电极，以饱和甘汞电极为 参比电极，以铂电极为辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极分别放入电解池中；电 解池下方设置卤素灯光光源；在偏置电位为0V的条件下，卤素灯光光源自电解池下方向上 对乙草胺电解液进行照射，分别测量得到不同已知浓度的乙草胺溶液的光电流信号值；

（4）以乙草胺溶液的浓度为横坐标，以乙草胺溶液的抑制光电流信号值为纵坐标，制作 乙草胺浓度与抑制光电流的线性关系图；

b、测试样品中乙草胺浓度：

（1）在清洁的玻碳电极表面用石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖悬浮液滴涂后，置于4°C 晾干，制成石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极；

（2）将从土壤中提取得到的待测乙草胺溶液定量加入装有10mL含有0.8mM葡萄糖磷酸 盐缓冲溶液的电解池中，形成待测乙草胺电解液；

（3）以石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极为工作电极，以饱和甘汞电极为 参比电极，以铂电极为辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极分别放入待测乙草胺电 解液中；电解池下方设置卤素灯光光源；在偏置电位为0V的条件下，卤素灯光光源自电解池 下方向上对待测乙草胺电解液进行照射，测量得到待测的乙草胺溶液的光电流信号值；

（4）利用制作的乙草胺浓度与抑制光电流的线性关系图，以测量得到待测的乙草胺溶 液的抑制光电流信号值，计算出测试样品中乙草胺浓度。

优选的，所述土壤样品用乙腈溶解过滤即可。

优选的，所述卤素灯光光源为250瓦。

优选的，所述步骤a（2）中所述不同已知浓度的乙草胺溶液的浓度至少为三个。

优选的，所述电解池材质为玻璃。

优选的，所述石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖悬浮液配置方法：0.5g的壳聚糖粉末 加入100mL的1%的醋酸溶液中，制成0.5%的壳聚糖溶液；1.0mg的石墨烯和0.6mg的葡萄糖氧 化酶加入1.0mL的0.5%的壳聚糖溶液中制成石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖悬浮液。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的，一种快速检测土壤中乙草胺残 留的装置，包括电化学工作站、光源、电解池、工作电极、参比电极和辅助电极，将工作电极、 参比电极和辅助电极制成三电极体系，工作电极为石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻 碳电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极；电解池中设置工作电极、参比电极 和辅助电极；电解池下方设置光源；电化学工作站包括测量软件和三电极接口，电极接口分 别连接工作电极、参比电极和辅助电极。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明的优点和效果在于样品处理简单可行，用乙腈溶解即可；仪器性能稳定， 结果可靠，操作简便，自动化程度高，结果直接显示，不需专业人员；

第二，耗时短，3min即可得到分析结果，检测成本低、自动化程度高、操作简便和取样量 小，尤其适用于土壤中乙草胺含量的检测，可直接拿土壤原样进行分析，无需复杂的前处理 过程。

附图说明

图1是本发明石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极对分别加入不同已知 浓度的乙草胺溶液于含有0.8mM葡萄糖的磷酸盐缓冲溶液的光电流响应图（CK为空白溶液， 1-5浓度依次增加）；

图2是本发明乙草胺浓度与抑制光电流的线性关系图；

图3是本发明快速检测土壤中乙草胺残留的装置的结构示意图；

图中：1.辅助电极、2.工作电极（石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极）、3.参 比电极、4.饱和氯化钾溶液、5.电解池、6.PBS溶液。

具体实施方式

一种快速检测土壤中乙草胺残留的方法，其主要技术步骤包括：

（1）将磷酸盐缓冲溶液加入到电解池中；

（2）将葡萄糖溶液加入该电解池中；

（3）启动磁力搅拌器；

（4）设置偏置电位；

（5）将工作电极、参比电极、辅助电极放入电解池中，在电解池中加入乙草胺溶液，30秒 后关闭磁力搅拌器。

（6）测量光电流信号。

工作电极为石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极为工作电极，所述参比 电极为饱和甘汞电极，所述辅助电极为铂电极。

在电解池5中加入10mL含有0.8mM葡萄糖的PBS溶液6（PBS为磷酸盐缓冲溶液），然 后将工作电极2、参比电极3、辅助电极1插入电解池5中。再将乙草胺溶液加入电解池中，使 乙草胺抑制工作电极上的葡萄糖氧化酶的活性，在电解池中测定光电流信号。乙草胺的含 量反比于输出的光电流信号强度，制成的仪器是自动化仪器，一次测量耗时约3min，试剂用 量可以控制在10μL。尤其是将工作电极、参比电极和辅助电极制成三电极体系插入电解池 中进行检测，从而既保证试样中乙草胺充分抑制葡萄糖氧化酶活性，又保证极少的样品量， 这样在进行乙草胺检测时用更少的样品，从而也保证对环境不造成污染。

电解液为中性电解液，将葡萄糖溶液加入后，可以直接用本发明装置测量乙草胺。 电解液选择中性磷酸缓冲盐溶液。

基于电化学方法测定乙草胺性质的测量装置，包括电化学工作站、光源、电解池5、 工作电极2、参比电极3和辅助电极1构成，其特征是将工作电极、参比电极和辅助电极制成 三电极体系，工作电极为石墨烯/葡萄糖氧化酶/壳聚糖修饰的玻碳电极，可根据需要调整 电极大小，以此保证能置入更小的电解池或者进行在线检测，参比电极为饱和甘汞电极，辅 助电极为铂电极。参比电极置于内充液中，内充液为常规的饱和氯化钾溶液4等。

电化学工作站包括测量软件和三电极接口，接口分别连接不同的电极，绿色连接 工作电极，白色连接参比电极，红色连接辅助电极。电解液选择中性PBS溶液。

本发明测量装置中，工作电极、参比电极和辅助电极构成的三电极体系置入电解 池中。电解池采用玻璃，工作电极设在绝缘物质上；参比电极置于内充液中，内充液为常规 的饱和氯化钾溶液，保证电极内充液与外部溶液之间导电而内充液不渗出；工作电极直径 大时，需要更多的试样和更大的电解池，但本发明可根据需要采用不同面积的玻碳电极，可 用较少的试剂，如试剂用量可以控制在10μL。所述试剂是乙草胺每次测量的用量。

测量时，将三电极新体系都插入10mL含有0.8mM葡萄糖的PBS的电解液中，在电解 池中加入乙草胺溶液，使工作电极表面的葡萄糖氧化酶活性被抑制，然后设置偏置电位，按 下测量开关开始测量，3min后可以获得乙草胺对应的光电流信号，单位为A。测量结束。测定 光电流信号。检测下限可低至10^-12mol/L。乙草胺浓度的大小与输出的光电流信号强度有 关，从而由仪器本身的设置将结果计算显示（由仪器自动完成）。