ChemElectroChem:用于环境酚类污染物检测的络氨酸酶电化学传感器

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苯酚及其衍生的酚类化合物是水质标准的重要检测指标之一,酚类化合物具有多种慢性毒性并危害水生生物和人类健康安全。目前,酚类化合物检测的标准方法为4-氨基安替比林分光光度法,该方法检测周期长、需加入显色试剂,无法满足水源原位检测和长期监测的需求。电化学检测由于灵敏度高,检测速度快等优点被研究者青睐,基于电化学传感原理的酚类污染物检测方法得到了广泛关注。然而,针对饮用水、地表水以及工业废水等复杂水体的多样化检测需求,相关电化学检测手段在检测范围与实用性上依然受限。


中国科学院理化技术研究所只金芳研究员团队近期报道了一种基于络氨酸酶电化学传感原理的便携式酚类化合物检测仪,重点对生物传感器的检测灵敏性、稳定性、使用寿命以及便于野外实际检测的仪器软硬件的开发等两个方面进行了创新和改进。



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在生物传感电极的构建方面,通过纳米金刚石的掺杂和可溶性淀粉的涂覆,能够显著提高电极的比表面积并延长使用寿命;同时碳纳米管和戊二醛的加入给络氨酸酶提供可靠的负载和固定。该络氨酸酶传感电极对苯酚的检测范围为0.01-50 μM,检测限0.0029 μM,可实现从饮用水、地表水以及多种工业废水检测标准范围的全覆盖。在稳定性方面,经3天连续在线运行以及对1-10 μM苯酚的400次连续检测,检测准确度依然维持在0.995。此外,该传感器对儿茶酚、间甲酚、4-氯苯酚也具有良好的检测灵敏度,其检测范围分别为0.03-30 μM,0.01-50 μM,0.05-35 μM。

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在仪器设计方面,该研究团队自主开发了一台便携式酚类检测仪,在软件算法设计以及硬件使用便捷性等方面进行了创新。在硬件方面,自主设计了一体化内嵌式检测探头,集合微型电化学工作站,信号采集主板,样品池,便携式电源等,满足户外检测需求。软件方面,开发了自动校正算法,能够对不同批次电极以及电极使用状态实现快速校正,极大地提高检测的准确性。该设备在对煤炭厂、化学和生物制造厂以及生物发酵厂等多种实际工业废水的检测上,性能优异,与标准方法(4-氨基安替比林分光光度法)结果吻合。因此,该研究工作为电化学生物传感器在野外、现场酚类化合物监测中的广泛应用提供了解决方案。

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文信息

Development of a Tyrosinase Amperometric Biosensor Based on Carbon Nanomaterials for the Detection of Phenolic Pollutants in Diverse Environments

Yanran Liu, Dr. Yafei Chen, Yining Fan, Dr. Guanyue Gao, Prof. Jinfang Zhi

文章的第一作者是中国科学院理化技术研究所博士研究生刘嫣然。


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202200861




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