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298 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食品安全与检测2023年 第48卷 第04期收稿日期：2022-11-19基金项目：2020年度河南省高等职业学校青年骨干教师培养计划项目(2020GZGG113)。作者简介：王静静(1990)，女，河南周口人，硕士研究生，讲师，研究方向为食品营养与检测。王静静，居仪焰(长垣烹饪职业技术学院食品学院，河南 新乡 453400)摘要：构建镍/铜双金属有机骨架纳米金新型纳米复合材料(Nickel/copper bimetallic organic skeletonnano gold，Ni/Cu-MOFAu)/离子液体/玻碳电极(Glassy carbon electrode，GCE)酶传感器检测敌敌畏。制备Ni/Cu-MOFAu，并复合离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(1-Butyl-3-methylimidazole hexafluorophosphate，MBIMPF6)构建Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE传感器，并对传感器的修饰材料比例、抑制时间等工作条件进行优化，确定传感器的最佳工作条件为MBIMPF6与Ni/Cu-MOFAu的比1.5:1000、修饰量5.0 L、抑制时间5 min。在最优试验条件下，敌敌畏浓度与其对传感器抑制率的负对数在2.010111.0105 g/L范围内呈线性关系，检出限为(按抑制率10%计算)1.64521011 g/L。该传感器对常见共存干扰物有很好的抗干扰能力且再生性良好。该传感器简单、便捷、灵敏度高且成本低廉，在有机磷类农药的快速定量分析方面具有较大的使用价值。关键词：纳米材料；双金属；有机骨架；酶传感器；敌敌畏中图分类号：TS 207.3 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2023)04-0298-07Detection of Dichlorvosbased on Ni/Cu-MOFAu/Ionic Liquid A Novel Enzyme SensorWANG Jingjing,JU Yiyan(Food College,Changyuan Culinary Vocational and Technical College,Xinxiang 453400,China)Abstract:Ni/Cu-MOFAu/ionic liquid/GCE enzyme sensor was constructed for detecting dichlorvos.A new nanocomposite nickel/copper bimetallic organic skeletonnano gold was prepared and the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazole hexafluorophosphate(MBIMPF6)was compounded with it to construct Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE sensor for detecting the organophosphorus pesticide dichlorvos.The optimal working conditions of the sensor were determined by optimizing the modification materials 基于镍/铜双金属有机骨架纳米金纳米复合材料/离子液体制备新型酶传感器检测敌敌畏DOI:10.13684/ki.spkj.2023.04.040 299 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食品安全与检测2023年 第48卷 第04期0 引言敌敌畏是有机磷农药的一种1，由于具有广谱、高效及残效期短等优点在农业生产中被广泛应用2-3。调查显示，敌敌畏在使用过程中，存在过度使用及使用不当的现象，对人们的健康有很大的威胁4-5。目前关于敌敌畏等有机磷农药的检测方法主要有气相色谱法6、高效液相色谱法7及电化学分析法等8。与传统的色谱法等相比，电化学分析法由于具有设备体积小、操作简单、成本低等优势克服了传统分析法的不足9，因此在敌敌畏等有机磷类农药的快速现场定量分析方面存在较大潜力。在电化学分析法中酶抑制法由于具有特异性强、灵敏度高等优点备受关注，但由于酶分子为高分子蛋白质，其本身阻抗较大10，因此在酶传感器的制备中往往需要引入纳米材料来提高其灵敏度。常用的纳米材料有碳基制纳米材料、金属纳米材料及过渡金属纳米材料等11-12。这些常见的纳米修饰材料虽然能有效提高传感器的灵敏度，但也存在分散性差，吸附性、电化学反应位点有限及生物相容性差等弊端。金属有机骨架(Metal-organic framework，MOF)由于具有高比表面积、空隙结构可调节、丰富的金属反应位点等优势13，在电催化电化学传感器的制备方面具有较大的应用潜力14。与单一MOF相比，双MOF由于引入了不同的不饱和金属离子，金属中心之间能够发挥良好的协同效应，这使得双MOF比单MOF具有更高的反应活性。此外，由于双金属MOF的金属活性位点更丰富能够促进双MOF内的电子转移，这使得它具有更好的导电性15。Cu-MOF作为MOF的一种，具有良好的化学稳定性和生物相容性，此外，Ni-MOF不仅具有化学稳定性好的特点而且还具有良好的电催化活性16。离子液体是一种全部由离子组成的液体或有机熔融盐，具有电势窗口宽、导电性和化学稳定性好等特点，可以作为修饰黏合剂和导电材料17。因此，本研究利用Cu-MOF和Ni-MOF的优良特性，制备Ni/Cu-MOF双金属有机骨架，同时采用盐酸羟胺还原法在Ni/Cu-MOF上负载纳米金(Gold nanoparticles，Au)，制备一种新型的Ni/Cu-MOFAu，采用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(1-Butyl-3-methylimidazole hexafluorophosphate，MBIMPF6)为黏合剂将AChE固定在Ni/Cu-MOFAu上，构建一种具有良好生物相容性、高反应位点且价格相对低廉的新型电化学传感器对敌敌畏进行快速检测分析，为敌敌畏的快速检测提供了一种新方案。1 材料与方法1.1 材料与试剂氯金酸：分析纯，凯码生化(天津)有限公司；C3389乙酰胆碱酯酶、氯化乙酰胆碱：分析纯，美国Sigma-Aldrich公司；敌敌畏：优级纯，中国食品药品检定研究所；醋酸铜、硝酸镍：分析纯，天津市北辰方正试剂厂。1.2 仪器与设备JSM-IT200扫描电子显微镜、JEM-2100高分辨透射电镜：日本电子株式会社；CHI-660E电化学工作站：上海辰华仪器有限公司；TG12M型离心机：湖南凯达科学仪器有限公司。1.3 试验方法1.3.1 Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6的制备Ni/Cu-MOF的制备：称取100 mg的醋酸铜和50 mg的硝酸镍粉末于100 mL锥形瓶中，向其中加入15 mL的N,N-二甲基甲酰胺和10 mL的乙腈溶液，标记为溶液A；取100 mg的对苯二甲酸于50 mL锥形瓶中，向其中加入15 mL的N,N-二甲基甲and the inhibition time and the best working conditions were the ratio of MBIMPF6 and Ni/Cu-MOFAu was 1.5:1000,the amount of modification was 5.0 L,the inhibition time was 5 min.Under the optimal experimental conditions,the negative logarithm of dichlorvos concentration and its inhibition rate to the sensor was linear relationship between 2.01011 g/L and 1.0105 g/L,and the detection limit was 1.64521011 g/L(calculated by the inhibition rate of 10%).The sensor had good anti-interference ability common coexisting interferences and good reproducibility.The sensor was simple,convenient,sensitive and low-cost,which had great application value in the rapid quantitative analysis of organophosphorus pesticides.Key words:nanometer material;bimetallic;organic skeleton;enzyme sensors;dichlorvos 300 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食品安全与检测2023年 第48卷 第04期酰胺和10 mL的乙腈溶液，标记为溶液B；将溶液A缓慢地加入到溶液B中，1500 r/min条件下搅拌5 min，随后将混合液于45 下静置24 h进行老化，最后于8000 r/min下离心，将离心产物分别用超纯水和无水乙醇进行洗涤后于65 条件下干燥，即得Ni/Cu-MOF，备用18。Ni/Cu-MOFAu的制备：取50 mg制备好的Ni/Cu-MOF，然后向其中加入25 mL超纯水，超声分散均匀备用。参照WEI M等19采用盐酸羟胺还原法制备Ni/Cu-MOFAu，备用。Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6的制备：称取10 mg制备好的Ni/Cu-MOFAu于玻璃瓶中，然后向其中加入10 mL的超纯水，超声5 min，配制成1.0 mg/mL的分散液，备用。用移液枪吸取1.5 L的MBIMPF6加入到1.0 mL Ni/Cu-MOFAu的分散液中，超声分散均匀，即得Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6，备用。1.3.2 Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE的制备 GCE用800目砂纸打磨后，用0.05 m的氧化铝粉抛光至镜面，然后分别用无水乙醇、超纯水超声清洗，常温条件下自然干燥20，准确吸取5.0 L的Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6分散液(1.0 mg/mL)均匀涂布在GCE表面，室温干燥，得Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE，备用。准确吸取4.0 L的AChE(0.1 U/L)和2.0 L的牛血清蛋白溶液(w/v=1.0%)于200 L离心管中，超声分散1 min，然后吸取4.0 L的混合液均匀滴加在Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE表面，4 下自然干燥，即得AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE传感器。1.4 样品处理以本地生菜为检测对象，参照金华丽等21对菠菜的处理方法对本地生菜进行处理。称取本地生菜5.0 g，用捣碎机捣碎，然后转移至洁净的表面皿中吸取100 L 1.0104 g/L敌敌畏标准溶液，均匀地喷撒在准备好的样品上，盖上保鲜膜，在4 冰箱中放置2 h，然后用丙酮萃取过滤并用100 mL容量瓶定容，取一定量上述溶液于PBS缓冲液中分别制备不同浓度的敌敌畏待检样品，对其进行定量分析。2 结果与分析2.1 Ni/Cu-MOF和Ni/Cu-MOFAu的形貌表征采用扫描电子显微镜(Scanning electron m i c r o s c o p y，S E M)和 透 射 电 子 显 微 镜(Transmission electron microscopy，TEM)对制备好的Ni/Cu-MOF和Ni/Cu-MOFAu进行形貌表征，其结果如图1所示。注：A为Ni/Cu-MOF；B为Ni/Cu-MOFAu。图1 Ni/Cu-MOF的SEM图和Ni/Cu-MOFAu的TEM图注：a为GCE；b为Ni/Cu-MOF/GCE；c为Ni/Cu-MOFAu/GCE；d为Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE。图2 不同电极的EIS曲线A B100200300400500600050100150200250300dcb-Z/-Z/a从图1A可知，Ni/Cu-MOF为片状折叠结构，表面有许多微小的突起，这可以有效地增加其表面积，为电化学反应提供更多的载体位点。由图1B可知，在Ni/Cu-MOF附着许多Au且其粒径较小，这可以进一步提高Ni/Cu-MOF的导电性，增加电化学反应的电流响应。2.2 不同电极的电化学表征以10 mmol/L的铁氰化钾为电解质溶液，分别对不同传感器进行交流阻抗(Electrochemical impedance spectroscopy，EIS)表征，结果见图2。由图2可得，GCE阻抗为379.15，Ni/Cu-MOF/GCE的阻抗为281.45，与GCE相比降低了25.77%，这是因为Ni/Cu-MOF具有较大的比表面积和反应位点，能够增加单位面积上的有效电化学反应物质；同样，Ni/Cu-MOFAu/GCE的阻抗为86.3，与Ni/Cu-MOF/GCE相比降低了69.34%，Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE的阻抗为57.2，与Ni/Cu-MOFAu/GCE相比降低了33.72%，这主要得益于Au良好的导电性和 301 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食品安全与检测2023年 第48卷 第04期MBIMPF6良好的生物相容性，可以使Ni/Cu-MOF、Au和GCE发挥良好的协同作用，有效提高电极的灵敏度。2.3 ATCl在传感器表面的电化学行为以pH7.5的磷酸缓冲液(Phosphatic buffer solution，PBS)为电解质溶液，分别用AChE/GCE和AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE对1.0 mmol/L的氯化乙酰胆碱(Acetylcholine chloride，ATCl)进行差分脉冲(Differential pulse voltammetry，DPV)扫描，然后向ATCl溶液中加入敌敌畏，使其质量浓度为1.0108 g/L，对AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE抑制5 min后再对其进行DPV扫描，结果见图3。浓度存在一定的关系，据此可对敌敌畏进行定量分析。2.4 Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6的优化分别采用1.0、1.5、2.0、2.5 L和3.0 L的MBIMPF6加入到1.0 mL Ni/Cu-MOFAu的分散液中制备1.0:1000、1.5:1000、1.0:500、2.5:1000和3.0:1000的Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6，然后制备AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE，对1.0 mmol/L的ATCl进行DPV扫描，研究MBIMPF6和Ni/Cu-MOFAu的配比对传感器的影响；分别采用2.0、3.0、4.0、5.0 L和6.0 L的Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6修饰GCE制备传感器，研究Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6对传感器的影响，其结果见图4。图4 Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6对传感器的影响(n=3)0.00.51.01.52.02.53.03.0:10002.5:10001:5001.5:1000电流/A(MBIMPF6)/(Ni/Cu-MOFAu)1:1000A234560.00.51.01.52.02.53.0电流/A修饰量/LB0.30.40.50.60.70.80.91.52.02.53.03.54.04.5cb电流/A电位/Va注：a为AChE/GCE(1.0 mmol/L-ATCl)；b为AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE(1.0 mmol/L-ATCl)；c为AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE(1.0 mmol/L-ATCl+1.0108 g/L-敌敌畏)。图3 ATCl在不同传感器上的DPV曲线由图3可知，ATCl在AChE/GCE的峰电流为1.272 A，在AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE的峰电流为2.808 A，与没有修饰Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6时相比，峰电流提高了1.208倍。这是因为Ni/Cu-MOFAu具有高孔隙率，可以为ATCl提供更多的反应点位，Ni/Cu-MOF和Au良好的导电性可以加速电极表面电子的转移速率，同时，MBIMPF6良好的生物相容性及吸附性可以为AChE和ATCl的酶促反应提供稳定的电化学环境，使AChE、ATCl和Ni/Cu-MOFAu具有良好的协同作用，进而提高传感器的灵敏度。AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE被1.0108 g/L的敌敌畏抑制5 min后测得的峰电流为1.885 A，与抑制前相比，峰电流降低了32.87%(即抑制率为32.87%)。这是因为敌敌畏可以与AChE发生可逆性结合，抑制了其酶活性，进而导致峰电流降低，敌敌畏对AChE的抑制率和其由图4可知，Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6对传感器的电流响应有较大的影响，当MBIMPF6与Ni/Cu-MOFAu的比为1.5:1000时，传感器在1.0 mmol/L的ATCl中的电流响应最大，为2.798 A；当Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6的修饰量为5.0 L时，电流响应最大。这是因为MBIMPF6虽然对AChE有交联作用、对传感器表面修饰材料间有协同作用，但当其占比过大时会占用Ni/Cu-MOF表面的反应位点，反而导致电流响应降低；当Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6修饰量 302 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食品安全与检测2023年 第48卷 第04期过多时会导致电极表面涂层过厚，增大阻抗，同样会导致电流降低。因此综上所述MBIMPF6与Ni/Cu-MOFAu的比选取1.5:1000，修饰量选取5.0 L。2.5 抑制时间的选择制率10%计算)为1.64521011 g/L，明显优于同类型的其他传感器，见表1。表1 不同传感器的检测效果传感器线性范围/(g/L)检出限/(g/L)来源AChE/AuPt-PDA/GCE5.010101.01061.8510522AChE/Ce/UiO-66MWCNTsGCE2.7521094.1281051.110923AChE/Gra&CS/GCE2.21081.51021.18810824AChE/HPH-N-Cu/GCE1.001091.001032.58101125AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE2.010111.01051.64521011本研究2.7 实际样品检测以本地生菜为实际样品，采用AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE对不同质量浓度的敌敌畏进行加标回收率试验，并与GB 25492003敌敌畏原药中GC法进行比对，结果见表2。表2 敌敌畏检测结果方法加标浓度/(g/L)检测浓度/(g/L)回收率/%相对标准偏差/%(n=3)本试验1.01091.031109103.101.8151.01089.74310797.432.0341.01079.66210896.622.823GC1.01099.923101099.231.8721.01081.028108102.801.2411.01079.70210897.021.973由表2可知，AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE对敌敌畏的加标回收率在96.62%103.10%之间，与GC法一致。2.8 抗干扰性研究由于在敌敌畏使用时往往会伴随着重金属离图6 敌敌畏质量浓度负对数与抑制率的关系图5 抑制时间对抑制率的影响(n=3)图7 不同干扰物存在下的抑制率(n=3)1234567101520253035电流/A时间/min56789101151015202530354045505560-lg敌敌畏浓度/(g/L)抑制率/%0369121518212427303336三氯杀螨砜敌杀死灭多威Cd2+Pb2+抑制率/%对照组干扰物采用AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE对1.0 mmol/L的ATCl进行DPV扫描，记录初始峰电流为Ip0，然后向其中加入敌敌畏，使其质量浓度为1.0108 g/L，然后每隔1 min对其进行DPV扫描一次，并分别记录Ip1、Ip2Ipn，根据抑制率=(Ip0Ipn)/Ip0分别计算不同抑制时间下的抑制率，其结果如图5所示。由图5可知，随着抑制时间的延长，抑制率在逐渐增加但抑制率增加的趋势在逐渐减缓，当抑制时间达到5 min后，其逐渐趋于平缓。因此，综上所述抑制时间选取5 min，抑制时间较短。2.6 标准曲线的绘制在最佳试验条件下采用AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE分别对不同质量浓度的敌敌畏进行定量分析，其结果见图6。由图6可知，敌敌畏质量浓度与其对传感器抑制率的负对数在2.010111.0105 g/L内呈线性关系，线性方程Y=8.4572X+101.2005，R2=0.9978，检出限(按抑 303 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY食品安全与检测2023年 第48卷 第04期子及其他农药的存在，因此在1.0108 g/L的敌敌畏中分别加入50倍的Pb2+、Cd2+及灭多威、敌杀死、三氯杀螨砜，对其抗干扰特性进行研究，结果见图7。由图7可知，当无干扰物存在时，AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE抑制率为32.49%，当加入干扰物后，敌敌畏对其抑制率在30.87%31.80%之间，与对照组(无干扰物存在时)相比，其偏差均小于5%，说明AChE/Ni/Cu-MOFAu/MBIMPF6/GCE对常见的共存物有较好的抗干扰能力26。2.9 再生性研究定量分析敌敌畏等有机磷类农药提供了一种新的方案且应用潜力巨大。参考文献：1REDDYPRASAD P,NAIDOO E B,SREEDHAR N 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