[发明专利]一种用于检测甲基对硫磷的电化学晶体管传感器及方法

说明书

本发明涉及一种甲基对硫磷的电化学晶体管传感器，包括源极和漏极、栅极；源极和漏极均设置在铬层和金层上，金层重叠于铬层上方，所述源极和漏极之间的沟道为利用湿法转移的化学气相沉积生长的单层石墨烯；栅极是循环伏安法电沉积氧化锆和还原氧化石墨烯纳米复合材料的玻碳电极。本发明通过稳定的循环伏安法电沉积功能化栅极构建石墨烯电化学晶体管来检测甲基对硫磷的方法，实现对甲基对硫磷的富集和检测，具有超低检测限，极宽检测范围，稳定性好的特点。

技术领域

本发明涉及的是一种新的甲基对硫磷检测方法，具体是利用基于氧化锆/还原氧化石墨烯复合纳米材料功能化栅极的石墨烯电化学晶体管传感器对有机磷农药实现超灵敏检测。

背景技术

甲基对硫磷由于毒性强，是一种广泛应用的有机磷农药和神经毒剂。然而，大量使用含磷农药已经严重污染了食物、水、大气和土壤，最终对人类健康造成了极大的危害。农药的检测与管理日益受到人们的关注。近年来，开发了大量的农药残留分析方法，如拉曼光谱法、气相色谱-质谱法、高效液相色谱法和化学发光法。这些方法对甲基对硫磷的检测具有较好的灵敏度和选择性，但在实际应用中存在着酶容易失活、预处理过程复杂、大型分析设备不可携带等方面的局限性。与上述方法不同，电化学分析法由于稳定性好、操作简单、响应快等优点，是一种很有吸引力的方法，但其较高的检测限和较窄的检检范围难以满足实际应用。因此，开发一种高灵敏度、便携性、无酶的有机磷农药检测平台仍是一个迫切的挑战。近年来，电化学晶体管因其放大效应而表现出良好的灵敏度。

现有技术CN107907580A、CN108593747A中，虽然分别制备了有机磷农药的晶体管传感器、葡萄糖的晶体管传感器，但分别具有以下缺陷：现有的有机磷农药传感器中将催化材料修饰在晶体管沟道上，发生在沟道上的电化学反应对电流的直接影响未能得到晶体管进一步效果放大，从而导致了较低的灵敏度，且在单层石墨烯沟道上进行修饰对沟道质量要求较高，使得实验更为复杂和昂贵；现有的葡萄糖传感器在玻碳电极上采用恒压恒流电沉积，要求了更高的沉积电压，产生的大量气泡会导致样品的不均匀，且沉积样品过厚，易剥落，导致其稳定性较差，样品的堆叠也会影响器件的导电性。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足而提供一种通过稳定的循环伏安法电沉积功能化栅极构建石墨烯电化学晶体管来检测甲基对硫磷的方法，实现对甲基对硫磷的富集和检测，具有超低检测限，极宽检测范围，稳定性好的特点。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种甲基对硫磷的电化学晶体管传感器，包括源极和漏极、栅极；源极和漏极均设置在铬层和金层上，金层重叠于铬层上方，所述源极和漏极之间的沟道为利用湿法转移的化学气相沉积生长的单层石墨烯；栅极是循环伏安法电沉积氧化锆和还原氧化石墨烯纳米复合材料的玻碳电极。

上述甲基对硫磷的电化学晶体管传感器的制备方法，它的主要步骤如下：

第一步，在基底上镀上铬层和金层，金层重叠于铬层上方，作为电化学晶体管传感器的电极，分别选定源极、漏极；

第二步，采用湿法转移将单层石墨烯转移到第一步所得电化学晶体管传感器的源极、漏极之间作为沟道；

第三步，通过循环伏安法在玻碳电极上电沉积氧化锆和还原氧化石墨烯纳米复合材料，第二步所述源极、漏极和沟道共同作为组合，即为检测甲基对硫磷的电化学晶体管传感器。

按上述方案，在玻碳电极上采用循环伏安法电沉积氧化锆和还原氧化石墨烯纳米复合材料的方法为：

1)将氧化石墨烯溶液与Nafion溶液混匀，滴涂到玻碳电极表面晾干；其中，氧化石墨烯溶液的浓度为0.1-0.5mg/mL，Nafion溶液与氧化石墨烯溶液的体积比为(1-3)：100；

2)配制氧氯化锆和氯化钾的混合溶液作为电沉积前驱体溶液；其中，电沉积前驱体溶液中，氧氯化锆的浓度为3-7mM，氯化钾的浓度为0.05-0.2M；