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电化学传感器
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电化学传感器的原理
在电化学传感器中
,
固定于电极表面的识别元
件能够特异性捕获目标分子
,
然后这一识别元件与
目标分子的结合过程通过电极导出并转化成可以测
量的电信号
,
从而达到对目标物定量分析的目的
。
根据输出电信号不同
,
电化学传感器又可分为电流
型传感器
、
电容型传感器
、
电位型传感器和电导型传
感器等
[8]
。
其中电流型传感器应用最为普遍
。
其
原理是电极上的电活性物质在测量恒电压下发生氧
化还原反应并产生电流
,
对电流大小进行检测
,
进而
直接或间接测量目标物的含量
,
该方法具有很高的
检测灵敏度
。
当待测物为电活性物质时
,
待测物被
分子印迹膜特异性吸附并在电极表面发生得失电子
反应
,
因此可直接通过电信号的强弱检测待测物浓
度
;
当待测物为非电活性物质时
,
测试底液中的铁氰
化钾与待测物在分子印迹聚合物膜中存在竞争性识
别
,
因此当待测物浓度逐渐增大时
,
铁氰化钾与膜结
合的机会不断越少
,
电信号也相应减弱
。
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食品安全中电化学传感器的应用
分子印迹聚合物电化学传感器目前主要用于食
品中农兽药残留的检测
。 Pan Mingfei
等
[9]
利用分
子印迹膜组装传感器用于检测氨基甲酸酯类农
药
———
速灭威
。
传感器的组装结合单体自组装和静
电诱导技术
,
以邻氨基苯硫酚为聚合单体
,
速灭威为
模板分子
,
通过循环伏安扫描法在金电极表面电沉
积聚邻氨基苯硫酚分子印迹膜
,
最后进行模板分子
敲除
,
从而在电极表面形成具有速灭威特异性结合
孔穴的分子印迹膜
。
该方法克服了传统分子印迹传
感器存在的电子传递壁垒
、
再生困难等缺点
,
提高了
传感信号灵敏度和稳定性
。 Kong Lingjie
等
[10]
以邻
氨基苯硫酚作为功能单体
,
结合表面自组装和电聚
合技术
,
构建了基于邻氨基苯硫酚膜的莱克多巴胺
分子印迹电化学传感器
。
实验结果表明该传感器对
莱克多巴胺分子具有较高的吸附性能和选择性
,
其
检测线性范围为
0郾 2 伊 10
- 6
~ 1郾 4 伊 10
- 6
mol / L,
检
出限可达到
2郾 38 伊 10
- 8
mol / L。
在对饲料样品中痕
量莱克多巴胺的测定中
,
回收率为
87郾 4% ~
90郾 5% 。
此外
,
在电极表面上修饰纳米材料
,
可显著提高
传感器的灵敏度
。
修饰方法包括将纳米材料直接修
饰在电极表面再进行制备印迹聚合物膜
;
或聚合后
再将纳米材料修饰在分子印迹复合物膜表面
。
Yang Yukun
等
[11]
将碳纳米管的高效电子传递能力
与较大的比表面积效应
、
碳纳米管
-
壳聚糖复合物
的稳定性和溶胶
-
凝胶印迹敏感层的良好选择性相
结合
,
采用电化学沉积技术
,
构建了分子印迹溶胶
-
凝胶电化学传感器
。
其最低检出限可达到
0郾 44
滋mol / L。
此外
,Kong Lingjie
等
[12]
还以聚砒咯
/
碳纳
米管
/
双核磺化酞菁钴
( II)
复合物作为玻碳电极修
饰基底固定分子印迹膜
,
构建了增敏型速灭威电化
学传感器
,
其灵敏度可达到
7郾 88 nmol / L。
该传感器
成功地运用在蔬菜中速灭威的检测中
,
回收率达到
88郾 8% ~ 93郾 3% 。 Xie
[13]
等在玻碳电极表面先修饰
一层金纳米粒子
,
然后通过循环伏安法制备得到印
迹聚合膜
。
结果表明
,
纳米金修饰后的传感器检出
限比没有修饰纳米金的传感器高出
2
倍
。
由于食品基质较其他基质成分更为复杂
,
用于
食品基质检测的传感器需要更好的稳定性和更高的
灵敏度
,
因此越来越多不同种类的纳米材料如碳纳
米管
、
足球烯
、
石墨烯
、
纳米金属材料等
,
由于具有较
好的高表面积和导电性
,
而被应用于此类传感器的
加工当中
。
此外目前
,
单一纳米材料在传感器上的
使用已经逐步被复合纳米材料所代替
。
这些复合纳
米材料可以集合不同材料的优点
,
并与功能聚合物
相结合
,
大幅提高传感器的灵敏度
。
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压电传感器
2郾 1摇
压电传感器的原理
压电传感器是采用压电材料对信号进行输出的
一类传感器
。
当目标物与固定在压电材料上的识别
元件特异性结合时
,
压电材料表面负载增加
。
当传
感器在外部电场作用下时
,
振荡频率会相应减少
,
且
减少值与材料负载的增加量相关
。
压电传感器的优
点是无须标记物
、
适合实时监测
、
频带宽
、
重量轻
、
灵
敏度高
、
信噪比高
、
结构简单和工作可靠
。
其主要存
在的问题是信号易受样品中的离子强度的影响
,
需
要较长的基线稳定时间
、
较多次的冲洗和防潮
措施
[14]
。
2郾 2摇
食品安全中压电传感器的应用
Kong Lingjie
等
[15]
利用金纳米颗粒的高比表面
积
,
分子印迹聚合物的高选择性以及石英晶体微天
平的高灵敏度有效结合起来
,
建立了基于分子印迹
2
食品科学技术学报
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摇 2015
年
7
月
