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青岛农业大学李海银教授和李峰教授课题组:均相电致化学发光技术助力农产品中有机磷农药残留监控2021-06-10
青岛农业大学李海银教授和李峰教授课题组:均相电致化学发光技术助力农产品中有机磷农药残留监控

Journal of Agricultural and Food Chemistry

撰稿人:吕文欣,青岛农业大学化学与药学院2018级应用化学硕士研究生,研究方向为食品安全检测与生命健康分析

背景及目的

当代农业的发展离不开农药的使用,有效的使用农药,可防止病、虫、草对农作物的危害,提高农作物的质量与产量。但是大规模、不合理使用农药会导致其残留于水、土壤及食品中,继而通过新陈代谢进入人体内,严重危害人类健康和社会发展。因此,发展农药残留检测技术,监控其在环境与食品中的残留及降解,对于保护环境、保障人类身体健康和生命安全具有重要的科学研究意义。然而,农药残留提取液中往往含有大量色素,会对比色和荧光传感检测造成严重的干扰。电致化学发光(ECL)是由电化学反应产生的化学发光,不需要外加激发光源,具有背景信号低、线性范围宽等优点,被认为是克服农药残留提取液中色素干扰、实现农药残留高灵敏与精准检测的有力工具。

近日,青岛农业大学李海银教授和李峰教授课题组(http://hxyyxy.qau.edu.cn/channel/lifeng)集成二氧化锰纳米片(MnNFs)与三联吡啶钌([Ru(bpy)3]2+)构建了新型的均相电致化学发光传感器,避免了实际样品中色素的干扰,实现了有机磷农药的高灵敏与精准检测。相关成果以Inorganic Recognizer-Assisted Homogeneous Electrochemiluminescence Determination of Organophosphorus Pesticide via Target-Controlled Emitter Release为题,发表在国际权威期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry, DOI: 10.1021/acs.jafc.1c01006 上。

英文文章题目:Inorganic Recognizer-Assisted Homogeneous Electrochemiluminescence Determination of Organophosphorus Pesticide via Target-Controlled Emitter Release

期刊名称:Journal of Agricultural and Food Chemistry

第一作者:李海银,山东,青岛,青岛农业大学,化学与药学院, 邮箱lihaiyin@qau.edu.cn;

通讯作者:李峰,山东,青岛,青岛农业大学,化学与药学院,邮箱lifeng@qau.edu.cn;

(点击左下角阅读原文,直达文献页面)。

成果介绍
研究者通过氧化还原反应制备了带负电荷的二氧化锰纳米片(MnNFs),基于静电吸附效应合成了二氧化锰-联吡啶钌(MnNFs-Ru)复合材料。相关测试表明,MnNFs吸附联吡啶钌,阻止其扩散至ITO电极,降低联吡啶钌的电致化学发光信号;同时,MnNFs-Ru复合材料对巯基化合物有着优异的响应性。基于MnNFs对联吡啶钌电致化学发光信号的降低、MnNFs-Ru对巯基化合物的响应、乙酰胆碱酯酶催化水解硫代乙酰胆碱生成硫代胆碱、有机磷农药对乙酰胆碱酯酶活性的抑制,建立了用于有机磷农药检测的均相电致化学发光平台。具体如下:乙酰胆碱酯酶催化水解硫代乙酰胆碱生成硫代胆碱,硫代胆碱还原MnNFs变为锰离子,释放出联吡啶钌,增大体系中的ECL信号;当有机磷农药与乙酰胆碱酯酶孵育后,酶活性被抑制,无法催化水解硫代乙酰胆碱反应生成硫代胆碱,MnNFs-Ru不会被破坏,ECL信号不会增加。基于有机磷农药加入前后ECL信号的变化,即可实现有机磷农药的高灵敏与精准检测,检测限低至0.053 ng/mL。同时,我们将该方法进一步用于小白菜中农药的残留及代谢研究。测试结果表明,电致化学发光技术可有效避免实际样品中颜色及荧光信号的干扰;随着喷施药后生长天数的增加,在叶子中的农药残留量逐渐降低,在第6天消失(无法检测到)。

有机磷农药均相电致化学发光检测示意图(来源:Journal of Agricultural and Food Chemistry)

选择性、稳定性及实际样品测试(来源:Journal of Agricultural and Food Chemistry)

创新性/应用前景
1、有效避免了颜色、荧光的干扰与繁琐复杂的电极修饰,实现有机磷农药的高灵敏与精准检测;

2、开展了实际样品中农药残留检测研究,考察了有机磷农药在小白菜中的残留及代谢,具有优异的抗干扰能力与实用性。

参考文献

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c01006

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