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【热点文章推荐】电化学传感器检测植物生长调节剂的研究进展

发布时间: 2021-04-25 15:48:35   试剂信息网

电化学传感器检测植物生长调节剂的研究进展

张艳,杜海军*,杜科志,张欣月,艾纪星,胡华丽

(贵州民族大学化学工程学院,贵州贵阳  550025)

摘要


  近年来,植物生长调节剂(PGRs)的检测方法备受研究者的广泛关注。由于电化学传感器具有较高的灵敏度和选择性、响应时间短、成本低、方便携带等优点,在现场快速检测中受到研究者的青睐。从电化学传感器检测PGRs的4个方面进行了总结:1)直接电化学行为传感,主要是通过不同的修饰材料对电极进行增敏,从而实现对具有电化学活性的PGRs进行直接检测;2)电化学生物传感,主要通过酶和免疫两种方法对PGRs进行特异性识别;3)光电化学传感,主要是利用具有光催化性能的材料实现对电化学活性较差的PGRs进行光电转化检测;4)分子印迹电化学传感,通过构建能够特异性识别PGRs的聚合物薄膜从而进行专属检测。并对现状进行了阐述以及对未来发展趋势进行展望。

引言

植物生长调节剂(PlantGrowth Regulators PGRs)包括植物内源激素和人工合成的结构生理特性与植物激素相似的一类物质[1]PGRs对植物的生长发育过程起着调控作用[2],它既能充当植物生长促进剂也能充当抑制剂,能够实现对PGRs微量检测对于优化作物的栽培、管理以及环境保护具有不可忽视的作用。

目前,PGRs的检测方法主要有毛细管气相色谱法[3]、色谱-质谱法[4-5]、气相萃取[6]、荧光光谱法[7]、放射性免疫测定[8]、表面等离子体共振[9]、电化学传感法[10-15]等。在这些测定方法中,电化学传感法具有灵敏度高、响应时间短、成本低、操作简单、仪器小型化、使用寿命长等优点,受到研究者的广泛关注。在电化学传感法中,根据检测原理的不同可以对不同的PGRs进行专属检测。为了进一步提高电化学传感器的灵敏度和实际应用,拥有大比表面积、优异导电性能的碳纳米材料、金属纳米材料、以及具有价格低廉、物理化学吸附性能好的生物材料等被大量应用在电化学电极修饰领域。通过材料的不断优化以及方法学的不断提升,电化学传感技术对PGRs的检测可以与其他仪器相结合,可以进一步解析PGRs的结构及作用机理对进一步提高农林种植业的发展起到一定的积极作用。


结论与展望

 随着生产生活的需求提高,传统电化学气体传感器的高工作温度已经不能满足日益复杂的工作环境。开发在室温下工作的高效节能气体传感器已经成为迫切需要,ZnO基气体传感器作为一种有前途的室温传感材料得到了广泛的关注和研究。本文主要综述了特殊形貌的合成和表面改性、掺杂、光激发在实现ZnO基气体传感器室温传感的主要机理和研究进展。其中单纯ZnO的形貌可控合成和表面改性制备过程简单,但在室温下的传感能力有限。对ZnO纳米材料进行掺杂是研究最广泛也是最有前途的策略之一,尤其是贵金属的掺杂可以大幅度的提高在室温下的响应。光激发作为一种代替热活化的策略,是一种环保节能且安全的室温传感策略,在ZnO室温传感策略中占有重要的地位。集成化、室温化、可穿戴是气体传感器的时代需求和必然发展趋势[44]。然而仅仅依靠形貌调控、掺杂等化学手段还远远不够,不同学科的交叉合作得到了越来越多的重视。现阶段合成的ZnO基纳米材料存在着可重复性差,不同批次性能差异以及产业化、批量化困难等不足,如何实现稳定、优异的室温传感性能是一个值得深入探索且有前途的研究方向。同时除了传统电化学传感机制下的室温传感研究,探索利用新型传感机理也显得尤为重要。特别是不依赖电化学电阻变化来进行传感响应表征的新型传感器,将会对氧化锌气体实现室温传感提供新的思路和可能性。如氧化锌声表面波气体传感器,利用声表面波在氧化锌材料表面传输频率的变化来检测标靶物浓度变化,具有高效、节能、稳定,便携易于集成化等诸多优点[45]。研究开发更多创新型的氧化锌室温传感器以满足日益提高的使用需求仍是一个挑战,这需要广大科研工作者的不懈努力来进行更深入的研究。




目录

1  电化学传感技术检测PGRs

由于新材料的快速发展,电化学传感技术也在日益增强。目前,常见的电化学传感技术可以分为电化学行为直接传感法、电化学生物传感法、光电化学传感法,分子印迹传感法。目前,电化学传感技术对于PGRs的检测研究主要基于三个方面,一是利用伏安法对从未探究过的PGRs进行电化学行为分析;二是利用合成的新材料修饰电极以降低检测限提高检测范围;三是制备的传感器在实际检测中的应用。

1.1  直接电化学行为传感

水杨酸、茉莉酸甲酯、脱落酸、吲哚乙酸类化合物等PGRs具有典型的电化学结构特征,能在电极表面发生有效的电化学反应,从而实现该物质的直接电化学检测。为了降低检测限、提高检测范围、增强电化学传感器的实际应用,一些具有优异性能的碳纳米材料、金属纳米颗粒、复合材料、黏土类材料逐渐应用到电化学传感器领域。

1.1.1  碳纳米材料

碳纳米材料具备高有效的比表面积、良好的导电性能、高的电催化活性、极高的孔隙率和吸附能力,而碳纳米管与石墨烯在构建具有高灵敏度的电化学传感器方面具有重要的作用。已有大量的文献报道该材料修饰的电极对不同PGRs进行检测的例子。

1.1.2  金属纳米材料

金属纳米颗粒具有优异的导电性、高催化性能、生物相容性强、灵敏度高、价格低廉,通常以电沉积和滴涂法修饰到电极上,能直接催化待测物质发生氧化还原。

1.1.3  其他材料

一些复合材料以及黏土类材料比起单独的原材料具有更优异的性能,复合材料综合了几种材料的性能,产生一种协同效应。黏土类材料具有比表面积大、可以与阳离子进行交换、具有良好的物理化学吸附性能,在电化学传感方面也得到了一定的应用。

1.2  电化学生物传感法

目前,研究者对于PGRs的电化学生物传感方法集中在电化学酶传感器和电化学免疫传感器。其主要的过程是将酶或者具有特异性识别作用的抗体修饰于工作电极上,通过酶以及抗体具有的专一特性从而对检测物质进行识别。当前研究的比较成熟的领域就是在电极表面固定酶和抗体。

1.2.1  酶生物传感器

大分子酶被修饰在电极上能够对待测物质进行专属的检测,形成了酶生物传感器。1962年,第一个葡萄糖酶传感器的出现标志着电化学生物传感器的起源,到了80年代电化学生物传感领域基本形成。

1.2.2  免疫传感器

电化学免疫传感器是目前研究的比较成熟的分析技术,其基本反应原理是抗原和抗体的特异性识别,制备的核心是将优质材料修饰于电极上放大反应信号。因其具有成本低,反应灵敏等优点,在PGRs的检测中得到一定的研究。

1.3  光电化学传感

光电化学(PEC)传感器是将光电技术与传感技术相结合起来的一种进行光电分析的新型传感器[33]PEC传感器主要由两部分组成:一是光敏材料;二是识别元件。主要检测过程为光作为激发源使材料中的电子被激发,识别元件特异性识别并捕获目标物。

1.4  分子印迹电化学传感

分子印迹(MIP)电化学传感器由于其电化学稳定性高,制备成本低已成为一种广泛的分析技术。其基本原理是在交联剂作用下,模板分子与单体形成复合物,MIP材料可多次利用。基于此,研究者将此项技术应用于PGRs的检测中。

2  结论与展望

引用本文张艳,杜海军,杜科志,等电化学传感器检测植物生长调节剂的研究进展[J].化学试剂, 2021, 43(4): 458-465.