碳納米管在茶葉品質(zhì)與安全檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

劉騰飛，楊代鳳,，董明輝,，徐 琪，趙佳昕

（1.江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 蘇州 215155；2.江蘇省茶葉研究所，江蘇 無(wú)錫 214063）

茶葉是一種天然保健飲料作物，富含多種有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和無(wú)機(jī)礦物質(zhì)元素，具有獨(dú)特的香氣、口感以及抗癌、抗衰老等藥用和保健功效[1]，深受公眾的喜愛(ài)。隨著消費(fèi)者營(yíng)養(yǎng)和健康意識(shí)的提高，茶葉品質(zhì)和安全問(wèn)題受到了廣泛關(guān)注。如何保障茶葉食用安全以及茶產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，對(duì)茶葉生產(chǎn)加工質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，同時(shí)對(duì)茶葉中各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)成分和危害因子的分析技術(shù)也提出了新的挑戰(zhàn)。為了深入地對(duì)茶葉營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與質(zhì)量安全開(kāi)展相關(guān)研究，建立高效、快速、靈敏、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)技術(shù)尤為重要。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上結(jié)合其他學(xué)科進(jìn)行了大量的研究工作，將很多先進(jìn)的材料、技術(shù)和儀器應(yīng)用到食品質(zhì)量安全分析的前處理和檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)展了諸多有效的檢測(cè)方法和技術(shù)[2]。碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的一類(lèi)納米碳材料[3]，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)以及光學(xué)性能[4]，在器件、材料、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，尤其在安全檢測(cè)領(lǐng)域，由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、比表面積大、吸附容量高、吸附性能強(qiáng)，給基于碳納米管的樣品前處理技術(shù)、儀器檢測(cè)技術(shù)和新檢測(cè)模式的發(fā)展提供了有力的理論支撐，近年來(lái)在茶葉質(zhì)量安全檢測(cè)領(lǐng)域備受關(guān)注。本文對(duì)基于碳納米管的茶葉品質(zhì)和安全檢測(cè)進(jìn)行了綜述，介紹了碳納米管的類(lèi)型和特點(diǎn)，論述了近幾年碳納米管在茶葉品質(zhì)與安全檢測(cè)領(lǐng)域的相關(guān)進(jìn)展，以期為今后開(kāi)展茶葉的相關(guān)研究提供參考。

1 碳納米管的類(lèi)型和特點(diǎn)

碳納米管是由二維石墨烯片層卷曲而成的無(wú)縫中空?qǐng)A柱管體（圖1），屬典型的一維納米材料，其側(cè)面管壁通常由六邊形的碳環(huán)構(gòu)成，兩端由含五邊形和六邊形碳環(huán)組成的半球狀富勒烯分子封閉，內(nèi)部碳原子以SP2雜化方式結(jié)合，每個(gè)碳原子剩余的p軌道相互平行，形成大π鍵[5]。

我當(dāng)時(shí)歸納了“整合性思維”的4個(gè)特征：1.綜合貫穿于認(rèn)識(shí)的全過(guò)程，但每一步綜合都伴隨著分析；2.分析和綜合不是分別進(jìn)行的，而是相互滲透、融為一體的；3.以綜合為主導(dǎo)特征的思維所遵循的主要原則是：系統(tǒng)-整體性原則，結(jié)構(gòu)-動(dòng)態(tài)性原則，簡(jiǎn)化原則；4.以綜合為主導(dǎo)特征的思維的表現(xiàn)形式是：形式化與非形式化相結(jié)合、邏輯與非邏輯相結(jié)合、科學(xué)與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合。必須指出的是，這一概念和原則貫穿到了我在此后幾十年的幾乎所有研究之中，不斷得到了具體化的展開(kāi)和發(fā)揮，而這一思維方式的源頭，就來(lái)自我在系統(tǒng)學(xué)討論班所受到的啟發(fā)。

圖 1 碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖[6]Fig. 1 Schematic structures of carbon nanotubes[6]

碳納米管按照管壁石墨烯片層數(shù)，主要分為由1 層石墨烯片卷曲而成的單壁碳納米管（single-walled carbon nanotubes，SWCNTs），以及由2～50 個(gè)單層管組成的多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。SWCNTs直徑分布范圍小，缺陷少，均勻一致性高，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。MWCNTs孔隙結(jié)構(gòu)豐富，穩(wěn)定度高，表面易修飾，比表面積大，對(duì)大多數(shù)無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物都具有較強(qiáng)的富集能力，是常用的吸附材料之一[7-8]。按照碳六元環(huán)在碳納米管壁中的取向，主要分為椅式、鋸齒式和螺旋式。椅式結(jié)構(gòu)的碳納米管都是金屬性的，1/3的鋸齒式和螺旋式結(jié)構(gòu)的碳納米管是金屬性的，其余2/3則為半導(dǎo)體性的。螺旋式具有手性，椅式和鋸齒式具有很高的對(duì)稱(chēng)性，不存在手性問(wèn)題[9-10]。

“被子顏色太嫩了，像小姑娘蓋的！”那天婉容給他換上這床被子的時(shí)候，他是執(zhí)意不肯的，他喜歡以前那條藍(lán)灰黃條紋的。

2 碳納米管在茶葉品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

Wadhwa等[39]建立了一種MWCNTs SPE結(jié)合石墨爐原子吸收光譜法檢測(cè)茶葉中釩離子的方法。該方法將樣品微波消解處理后，調(diào)節(jié)溶液至合適的pH值，加入8-羥基喹啉溶液與釩離子形成螯合物，通過(guò)MWCNTs SPE柱分離富集，用1 mol/L HCl溶液洗脫后用于分析。研究表明該MWCNTs SPE對(duì)釩離子的吸附能力為9.6 mg/g，富集系數(shù)達(dá)100，并且具有良好的穩(wěn)定性，可重復(fù)使用250 次且不會(huì)引起釩離子的吸附性能降低，對(duì)茶葉標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW07605）進(jìn)行檢測(cè)，其平均回收率為95%，檢出限達(dá)0.012 μg/L，用于紅茶中釩離子檢測(cè)，測(cè)得其含量為1.58 μg/g。該方法還被成功用于自來(lái)水、瓶裝飲用水以及咖啡、果蔬、雞肉等食品中釩離子的測(cè)定。

養(yǎng)殖草魚(yú)、鰱魚(yú)、鳙魚(yú)等，魚(yú)塘水面要改大；養(yǎng)殖羅非魚(yú)、鯉魚(yú)等，魚(yú)塘水深必須提高，池底要有10cm左右的泥沙；養(yǎng)殖小龍蝦等品種，以土池為宜，池岸要加寬，同時(shí)要加固防逃，在池四周的池壁上要打好穴洞，供其產(chǎn)卵棲息；養(yǎng)殖匙吻鱘等大型魚(yú)類(lèi)，池塘面積要足夠大而深，水質(zhì)要優(yōu)良，溶氧要充足。

由于碳納米管大的比表面積和長(zhǎng)徑比使其分散性較差，極易纏結(jié)、團(tuán)聚，影響了其應(yīng)用時(shí)功能性質(zhì)的發(fā)揮。將碳納米管進(jìn)行功能化的修飾或改性，在其表面引入羥基、羧基、氨基等活性基團(tuán)，有助于提高其在溶劑或使用體系中的分散性，同時(shí)也能增強(qiáng)對(duì)極性農(nóng)藥和水溶性農(nóng)藥的萃取能力，相關(guān)研究已有文獻(xiàn)報(bào)道。例如，Zhu Bingqi等[25]將石墨化的MWCNTs材料用于DSPE凈化方法結(jié)合在線GPC/GC-MS/MS技術(shù)，建立了一種檢測(cè)茶葉中131 種農(nóng)藥殘留的方法，比較了茶葉提取液經(jīng)不同MWCNTs產(chǎn)品（原始MWCNTs、石墨化MWCNTs、羧基化MWCNTs、羥基化MWCNTs、氨基化MWCNTs）與常用商品化吸附劑PSA處理后的凈化效果。經(jīng)紫外-可見(jiàn)光譜掃描發(fā)現(xiàn)，樣液經(jīng)PSA處理后，其光譜吸收峰較多，與未經(jīng)處理的樣液接近，而經(jīng)不同MWCNTs處理后，其光譜吸收峰消失，在掃描波長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎無(wú)吸收，表明使用不同MWCNTs產(chǎn)品的凈化效果優(yōu)于使用PSA的凈化效果。在此基礎(chǔ)上，比較了不同MWCNTs產(chǎn)品對(duì)目標(biāo)農(nóng)藥回收率的影響，發(fā)現(xiàn)不同MWCNTs對(duì)平面結(jié)構(gòu)農(nóng)藥存在強(qiáng)烈的吸附性，使得大部分農(nóng)藥的回收率偏低，通過(guò)在提取液中加入甲苯，目標(biāo)農(nóng)藥回收率均得到提高，其中以石墨化MWCNTs處理后目標(biāo)農(nóng)藥整體回收率最好，這與石墨化MWCNTs經(jīng)過(guò)高溫處理具有更加光滑的表面及高度有序的石墨結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)藥的吸附作用較小有關(guān)。在50 mg石墨化MWCNTs用量條件下，131 種農(nóng)藥的回收率均在78%～113.9%之間，RSD小于15.8%（n＝6），檢出限為0.5～5.0 μg/kg，均滿足農(nóng)藥殘留分析的要求。將該方法應(yīng)用于當(dāng)?shù)爻胁枞~樣品測(cè)定，在其中檢出三唑磷、氯氰菊酯、毒死蜱、聯(lián)苯菊酯4 種農(nóng)藥殘留。

槲皮素作為茶葉中重要的多羥基黃酮類(lèi)化合物，由于具有顯著的抗氧化、抗衰老和抗腫瘤作用而備受關(guān)注，測(cè)定其在茶中的含量有著重要的實(shí)際意義。劉蓉等[17]報(bào)道了一種利用石墨烯和SWCNTs修飾分子印跡膜測(cè)定黑茶中槲皮素含量的電化學(xué)測(cè)定方法。他們首先研究了石墨烯和SWCNTs對(duì)金電極的增敏效果，結(jié)果顯示，經(jīng)石墨烯修飾后，金電極的導(dǎo)電性增加、電子轉(zhuǎn)移速率和靈敏度提高，繼續(xù)修飾SWCNTs后，由于SWCNTs良好的導(dǎo)電性和大的比表面積，使得金電極的靈敏度進(jìn)一步得到提高。以鄰氨基酚為功能單體，槲皮素為模板分子，利用電化學(xué)聚合的方法制備了對(duì)槲皮素具有特異性識(shí)別孔穴的聚鄰氨基酚分子印跡膜，該印跡膜表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，線性范圍較寬（3.0×10-7～1.92×10-5mol/L），檢出限較低（1.0×10-7mol/L），重復(fù)性和穩(wěn)定性好，5 次重復(fù)測(cè)定結(jié)果的RSD為6.8%，放置10 d后的響應(yīng)值為最初的92.5%，并且對(duì)結(jié)構(gòu)類(lèi)似物蘆丁抗干擾能力強(qiáng)，用于黑茶中槲皮素含量的測(cè)定，其含量為0.585～0.654 mg/g，樣品回收率為97.8%～104.0%。該方法為黑茶中黃酮類(lèi)物質(zhì)的測(cè)定提供了新的手段。

此外，?elik等[18]以混合強(qiáng)酸處理MWCNTs進(jìn)行改性，然后將其與殼聚糖反應(yīng)制備得到殼聚糖-MWCNTs復(fù)合材料，將其作為固定化酶的載體，通過(guò)共價(jià)連接反應(yīng)固定化β-葡萄糖苷酶，由于碳納米管的多孔性和高穩(wěn)定性，使得固定化β-葡萄糖苷酶表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，與游離酶相比，其pH值、溫度、貯存、操作穩(wěn)定性明顯高于游離酶，貯存50 d以后仍保持68%以上的相對(duì)活力，連續(xù)使用10 批次后其相對(duì)活力仍保持在72%以上。將固定化β-葡萄糖苷酶應(yīng)用于茶飲料的增香，結(jié)果顯示，經(jīng)固定化β-葡萄糖苷酶處理后，綠茶、紅茶、鼠尾草茶、馬黛茶等茶飲料中某些香氣成分（橙花醇、苯甲醇、芳樟醇、香葉醇、松油醇和苯乙醇）的相對(duì)含量均有所增加，表明固定化β-葡萄糖苷酶可用于茶飲料增香。該研究為利用碳納米管檢測(cè)茶葉中的香氣物質(zhì)提供了思路。

咖啡因是從茶葉、咖啡豆中提煉出的一種嘌呤類(lèi)生物堿，其含量是評(píng)價(jià)茶葉品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。由于茶葉中咖啡因含量低，并且茶葉含有干擾成分多，很容易影響咖啡因含量的準(zhǔn)確測(cè)定。為了解決該問(wèn)題，衛(wèi)應(yīng)亮等[15]將碳納米管分散在疏水性表面活性劑（雙十六烷基磷酸）中形成穩(wěn)定、均相的分散液，制備了一種新型的碳納米管負(fù)載納米鉑修飾電極（Pt/CNTs/GCE），采用差分脈沖伏安法研究了咖啡因在該電極上的電化學(xué)行為，建立了一種高靈敏度、快捷簡(jiǎn)便地測(cè)定咖啡因的方法。研究表明該修飾電極對(duì)咖啡因的氧化有良好的電催化活性，氧化峰電流與其濃度在1.0×10-6～1.0×10-4mol/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，且該電極響應(yīng)時(shí)間短，重現(xiàn)性（RSD≤2.03，n＝5）和選擇性較好，檢出限可達(dá)2.0×10-7mol/L，用于測(cè)定鐵觀音、信陽(yáng)毛尖中咖啡因的含量，其結(jié)果分別為4.125、3.965 μg，樣品回收率分別為96%和99%，結(jié)果可靠，該電極還被成功用于可口可樂(lè)、冰紅茶中咖啡因的檢測(cè)。

Mekassa等[16]通過(guò)混酸氧化的方法對(duì)MWCNTs進(jìn)行功能化處理后，采用滴涂法和電聚合法制備了聚L-天冬氨酸/功能化MWCNTs復(fù)合膜修飾電極，利用方波伏安法研究了咖啡因和茶堿在該修飾電極上的電化學(xué)行為，構(gòu)建了同時(shí)測(cè)定茶葉中咖啡因和茶堿的新方法。與裸電極相比，由于MWCNTs和聚L-天冬氨酸均具有很好的導(dǎo)電性能，同時(shí)分別具有優(yōu)良的催化性能和成膜性能，使修飾電極可同時(shí)電催化氧化咖啡因和茶堿，使它們的氧化峰電位負(fù)移，氧化峰電流顯著升高。該修飾電極具有良好的選擇性、重復(fù)性（RSD≤2.8%，n＝8）和再生性（RSD≤2.6%，n＝8），以及長(zhǎng)期的穩(wěn)定性（長(zhǎng)于4 周）和較高的靈敏度，對(duì)咖啡因和茶堿的檢出限分別為2.8×10-7、2.0×10-8mol/L，用于實(shí)際綠茶樣品中咖啡因和茶堿檢測(cè)，其濃度分別為1.35×10-4、1.05×10-5mol/L，樣品回收率在92.0%～98.0%之間，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力在初中階段的培養(yǎng)是很有必要的，因此教師一定要正確認(rèn)識(shí)信息技術(shù)教學(xué)與培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力的重要關(guān)系，利用信息技術(shù)課程為學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí)和技能提供一個(gè)有效的學(xué)習(xí)平臺(tái)，全面提升學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力。

茶堿是茶葉中重要的功能成分，具有利尿、強(qiáng)心及舒張平滑肌等藥理作用，目前基于碳納米管的電化學(xué)方法測(cè)定茶堿的文獻(xiàn)已有報(bào)道，張錢(qián)麗等[13]報(bào)道了一種碳納米管修飾電極伏安法測(cè)定茶堿的方法，他們以碳納米管修飾碳圓盤(pán)微電極，利用循環(huán)伏安法研究了茶堿在該修飾電極上的電化學(xué)行為。與裸電極相比，碳納米管修飾電極不僅對(duì)茶堿的電極反應(yīng)有催化作用，使其氧化峰電位發(fā)生負(fù)移，峰電流明顯增加，而且使茶堿在電極表面有良好的富集作用，提高了電極響應(yīng)的靈敏度，檢測(cè)下限達(dá)6×10-7mol/L。該修飾電極制作方法簡(jiǎn)便，選擇性高，穩(wěn)定性好，表面易于更新，為茶葉中茶堿含量的測(cè)定提供了有效方法。此外，曾春梅等[14]利用碳納米管獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)與溴甲酚綠良好的導(dǎo)電性，以多層修飾法制備了聚溴甲酚綠/MWCNTs復(fù)合膜修飾電極，用該修飾電極考察了茶堿的電化學(xué)性質(zhì)，建立了用復(fù)合膜修飾電極測(cè)定茶堿的電化學(xué)新方法。研究結(jié)果表明該修飾電極對(duì)茶堿具有很好的電化學(xué)響應(yīng)，線性響應(yīng)范圍為8.0×10-6～3.0×10-4mol/L，且具有較低的檢出限（2.34×10-8mol/L），良好的重現(xiàn)性（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）≤6.46%，n＝8）和穩(wěn)定性（長(zhǎng)于5 d），以及較強(qiáng)的抗干擾能力，用于樣品的測(cè)定，回收率為97.30%～101.37%，測(cè)定結(jié)果可靠。

3 碳納米管在茶葉安全檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 農(nóng)藥殘留

茶葉在種植過(guò)程中，常使用化學(xué)農(nóng)藥防治病蟲(chóng)害，不可避免地造成農(nóng)藥殘留和污染。這些殘留農(nóng)藥容易累積，殘毒危害大，過(guò)量攝入時(shí)對(duì)健康危害極大。作為茶葉安全檢測(cè)的主要對(duì)象之一，農(nóng)藥在茶葉中殘留量往往很低，并且茶葉基質(zhì)復(fù)雜，因此在分析測(cè)定前，有效的富集、凈化等樣品前處理步驟必不可少。

碳納米管作為一種新型納米材料，具有獨(dú)特的多孔和中空結(jié)構(gòu)以及很大的比表面積，并且與污染物分子間作用力很強(qiáng)，使其成為非常有吸引力的吸附材料，被廣泛應(yīng)用于固相萃取（solid phase extraction，SPE）、分散固相萃?。╠ispersive solid phase extraction，DSPE）、固相微萃?。╯olid-phase microextraction，SPME）等樣品前處理中，展現(xiàn)出良好的性能。

DSPE是目前應(yīng)用廣泛的一種樣品前處理凈化技術(shù)，吸附材料是其核心部分，直接影響分散萃取凈化的質(zhì)量和效率。朱炳祺等[19]將MWCNTs作為吸附劑用于DSPE，以40 種有機(jī)磷農(nóng)藥為分析對(duì)象，結(jié)合在線凝膠色譜/氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜（gel permeation chromatography/gas chromatography-tandem mass spectrometer，GPC/GC-MS/MS）檢測(cè)，評(píng)價(jià)了MWCNTs用于萃取凈化茶葉基質(zhì)的性能。通過(guò)比較SPE與DSPE兩種凈化方法，發(fā)現(xiàn)基于MWCNTs的DSPE凈化方法效果優(yōu)于使用TPT（triple phase SPE for tea）柱的SPE凈化方法，凈化處理后基質(zhì)干擾峰更少，而且在使用成本和操作上具有優(yōu)勢(shì)。由于有機(jī)磷農(nóng)藥結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)或雜環(huán)，易被MWCNTs吸附造成回收率偏低，通過(guò)在提取液中添加甲苯，利用甲苯中苯基與MWCNTs產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)作用，有效降低了對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的吸附，提高了檢測(cè)回收效率。該方法用于茶葉中40 種有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)時(shí)的檢出限為0.5～4.6 μg/kg，回收率在84.2%～109.9%之間，RSD不大于8.9%（n＝6），對(duì)市售綠茶、紅茶、烏龍茶樣品進(jìn)行檢測(cè)，并使用GB/T 23204—2008《茶葉中519 種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》方法對(duì)陽(yáng)性樣品進(jìn)行驗(yàn)證，兩種方法檢測(cè)結(jié)果相近，但是基于MWCNTs的DSPE前處理方法更加簡(jiǎn)單、快捷，溶劑消耗少、成本更低。反映出碳納米管在復(fù)雜基質(zhì)茶葉農(nóng)藥殘留檢測(cè)前處理中應(yīng)用的可行性和優(yōu)勢(shì)。Li Jianxun等[20]將DSPE和分散液-液微萃?。╠ispersive liquid-liquid microextraction，DLLME）技術(shù)相結(jié)合，采用GC-MS/MS建立了測(cè)定不同茶葉中47 種農(nóng)藥殘留的新方法。他們以MWCNTs及N-丙基乙二胺（primary secondary amine，PSA）為凈化材料，以DSPE凈化技術(shù)去除色素和雜質(zhì)后，以四氯化碳為萃取劑、乙腈為分散劑富集分析物，通過(guò)DLLME技術(shù)，獲得了較高的檢測(cè)靈敏度，大部分農(nóng)藥的檢出限低于10 μg/kg。新型的DSPE-DLLME技術(shù)不僅具有較高的萃取效率，而且簡(jiǎn)單、快速、成本低、易操作，且溶劑消耗少，雖然茶葉基質(zhì)復(fù)雜，仍得到了較好的凈化富集效果，可以作為茶葉中痕量農(nóng)藥殘留的常規(guī)監(jiān)測(cè)方法。

碳納米管的化學(xué)和熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)異，將其涂在不同基質(zhì)底材上可用作SPME纖維涂層。Ren Dongxia等[21]使用聚丙烯腈黏合劑將MWCNTs涂覆在不銹鋼絲表面后晾干并進(jìn)行熱處理，形成覆蓋長(zhǎng)度為1.5 cm、厚度約為70 μm的涂層。該纖維涂層具有比表面積大、吸附性能強(qiáng)、機(jī)械和熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，用于SPME法萃取擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥時(shí)，展現(xiàn)出良好的萃取效果和穩(wěn)定性。將該萃取方式與GC-MS聯(lián)用，用于茶湯中7 種擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥檢測(cè)時(shí)的檢出限為0.12～1.65 ng/mL，回收率、精密度等均滿足檢測(cè)的要求。Wu Fang等[22]使用硅橡膠黏合劑將SWCNTs粉末固定在石英絲纖維表面制備SWCNTs涂層的纖維。該涂層厚度約為50 μm，掃描電子顯微鏡觀察后顯示纖維表面呈粗糙多孔的外觀、表面積大，應(yīng)用于SPME結(jié)合GC-MS技術(shù)檢測(cè)茶葉中13 種農(nóng)藥，其檢出限低至0.027 ng/mL。與商用的聚二甲基硅烷、聚丙烯酸酯纖維相比，該纖維制備簡(jiǎn)單快速、價(jià)格便宜，不僅對(duì)茶葉中農(nóng)藥有較高的萃取效率，而且有較長(zhǎng)的使用壽命（至少重復(fù)使用70 次），極大地縮短了樣品制備時(shí)間并減少了費(fèi)用。

在教學(xué)中，必須根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和知識(shí)水平并結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際設(shè)計(jì)一些探索性和開(kāi)放性活動(dòng)，把課堂的自主權(quán)交給學(xué)生，運(yùn)用一些巧妙的、有趣的、實(shí)用的手段，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，也能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到切實(shí)的提高。

碳納米管還被應(yīng)用于一些新方法模式檢測(cè)茶葉中的農(nóng)藥殘留。Chen Hongping等[23]以MWCNTs為主要萃取材料，構(gòu)建了一種注射式分散固相萃?。╥n-syringe dispersive solid phase extraction, IS-DSPE）新操作模式，用于不同茶葉中多種農(nóng)藥殘留的萃取凈化，通過(guò)在注射器中裝入15 mg MWCNTs以及200 mg PSA和100 mg C18吸附劑，進(jìn)行IS-DSPE凈化操作，能夠快速有效地除去提取液中的色素或其他呈色物質(zhì)，獲得較好的除雜效果。IS-DSPE使DSPE和過(guò)濾一步完成，不需要離心，在保證凈化效果的同時(shí)簡(jiǎn)化了前處理步驟，具有快速、操作簡(jiǎn)便、成本低、節(jié)省溶劑等優(yōu)點(diǎn)。基于此，Chen Hongping等將該技術(shù)結(jié)合超高效液相色譜-靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜（ultra performance liquid chromatography-Orbitrap high resolution mass spectrometry，UPLC-Orbitrap MS），成功建立了茶葉中117 種農(nóng)藥的高通量快速篩選方法，除農(nóng)藥菌核凈的檢出限為10 μg/kg外，其余農(nóng)藥的檢出限均低于或等于5 μg/kg，該方法可用于茶葉中多種農(nóng)藥殘留的快速篩查和確證檢測(cè)。此外，陳啟榮等[24]建立了一種基于MWCNTs的快速過(guò)濾型凈化（multi-plug filtration cleanup，m-PFC）方法，用于茶葉基質(zhì)中26 種農(nóng)藥殘留的富集和凈化，通過(guò)將注射器與填裝10 mg MWCNTs的凈化柱相連接，向上抽動(dòng)，使提取液經(jīng)過(guò)凈化柱，再推出到收集瓶中，重復(fù)操作3 次，能夠有效除去茶葉中干擾物質(zhì)，取得滿意的凈化效果，采用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry，HPLC-MS/MS）檢測(cè)，26 種農(nóng)藥均獲得了較高的檢測(cè)準(zhǔn)確度和精密度，方法的檢出限為0.005～0.05 mg/kg。該新型m-PFC法凈化效率高，凈化步驟快速、簡(jiǎn)單、易于操作，避免了傳統(tǒng)凈化方法需要大量溶劑和進(jìn)一步濃縮，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

茶多酚屬于多酚類(lèi)化合物，是決定茶葉品質(zhì)的重要因子之一，其主要成分為兒茶素，約占茶多酚總量的70%～80%，具有苦澀味，其中沒(méi)食子酸（gallic acid，GA）是茶葉中的主要呈味成分，也是酯型兒茶素的合成前體，對(duì)茶葉品質(zhì)起著極為重要的作用。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性、催化活性和完整的表面結(jié)構(gòu)，因此常被用于修飾電極的研究。李靜等[11]利用混合強(qiáng)酸對(duì)MWCNTs進(jìn)行酸化處理后，將其修飾在玻碳電極（glassy carbon electrode，GCE）上，制備了一種MWCNTs修飾電極（MWCNTs/GCE），利用循環(huán)伏安法研究了兒茶素在裸GCE和MWCNTs/GCE上的電化學(xué)行為。結(jié)果顯示，與裸GCE相比，兒茶素在MWCNTs/GCE上的氧化還原峰電位差明顯減小，峰電流顯著增加，表明經(jīng)MWCNTs修飾后GCE對(duì)兒茶素的氧化產(chǎn)生了顯著的電催化作用，可有效地提高兒茶素的電化學(xué)響應(yīng)靈敏度。Eguílaz等[12]利用聚絡(luò)氨酸（polytyrosine，Polytyr）對(duì)SWCNTs進(jìn)行共價(jià)修飾，將得到的復(fù)合材料沉積在GCE表面，制備得到聚絡(luò)氨酸/單壁碳納米管修飾電極（GCE/SWCNTs-Polytyr），利用循環(huán)伏安法研究了GA在GCE/SWCNTs-Polytyr上的電化學(xué)行為，建立了一種靈敏、簡(jiǎn)單的測(cè)定茶葉中多酚類(lèi)物質(zhì)的新方法。研究表明該修飾電極具備SWCNTs的電子轉(zhuǎn)移能力和電催化性能，能明顯催化GA的電化學(xué)過(guò)程，增強(qiáng)其氧化峰電流，進(jìn)而高靈敏度檢測(cè)GA，檢出限可達(dá)8.8×10-9mol/L，該修飾電極還具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，用于檢測(cè)茶葉中的多酚類(lèi)物質(zhì)，結(jié)果令人滿意。

碳納米管吸附容量大、吸附能力強(qiáng)，將其與磁性材料復(fù)合用于富集檢測(cè)農(nóng)藥殘留，兼具磁性材料的磁性能和碳納米管的高富集性能，不僅能高效地捕集痕量農(nóng)藥殘留物，而且使分離和富集過(guò)程變得簡(jiǎn)單、快速和高效。Deng Xiaojuan等[26]利用溶劑熱還原法制備了氨基修飾的磁性Fe3O4-MWCNTs復(fù)合材料，并將此材料作為吸附劑用于茶葉中8 種有機(jī)磷和有機(jī)氯農(nóng)藥的萃取凈化。研究表明通過(guò)磁性Fe3O4納米粒子修飾MWCNTs，極大地提高了MWCNTs在溶液中的分散性及其吸附性能。在1 mL茶葉提取液中加入100 mg該復(fù)合材料處理后采用GC-MS分析，8 種分析物的回收率在72.5%～109.1%之間，檢出限為0.006～0.024 mg/kg，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。與商品化的C18、PSA/石墨化碳黑（graphitized carbon black，GCB）SPE柱相比，以該材料作為吸附劑時(shí)，凈化效果優(yōu)于前者，而與后者相當(dāng)，但是分離快速、前處理時(shí)間更短。將該方法應(yīng)用于市售茶葉樣品檢測(cè)，在2 份綠茶和1 份花茶樣品中檢出了樂(lè)果，在1 份綠茶和1 份烏龍茶中檢出了倍硫磷。此外，Gao Lei等[27]通過(guò)在碳納米管上共沉淀Fe3O4納米粒子制備了磁性碳納米管（magnetic carbon nanotubes，MCNTs），并建立了茶葉樣品中百樹(shù)菊酯、功夫菊酯和苯氰菊酯的HPLC-紫外檢測(cè)方法（HPLC-ultraviolet detector，HPLCUVD）。研究表明MCNTs具有高磁性能、大比表面積及高吸附容量（25.210 mg/g），對(duì)茶葉中的目標(biāo)農(nóng)藥具有較強(qiáng)的吸附能力，是一種有效的從復(fù)雜基質(zhì)中富集分離擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥的載體。將茶樣提取后，在提取液中加入40 mg的MCNTs振蕩萃取，利用磁鐵分離MCNTs，經(jīng)5%乙酸-乙腈解吸后分析，3 種目標(biāo)農(nóng)藥的檢出限為0.010～0.018 μg/g，回收率為82.2%～94.4%。與傳統(tǒng)的SPE、GPC等方法相比，該方法得到了相似的回收率、精密度及檢出限，但是通過(guò)磁性分離技術(shù)縮短了分析時(shí)間，減少了溶劑消耗，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的樣品前處理，可擴(kuò)展用于復(fù)雜樣品基質(zhì)中其他農(nóng)藥的富集檢測(cè)。

D8 FOCUS X射線衍射儀(德國(guó)布魯克)。工作條件：CuKα射線；Ni濾波；電壓為40kV；電流為40mA；LynxEye192位陣列探測(cè)器；掃描步長(zhǎng)(2θ)為0.01°；掃描速度每步為0.1s；波長(zhǎng)為0.154nm。

表1列舉了碳納米管作為吸附劑在茶葉農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例。

招標(biāo)或者是議標(biāo)時(shí)期，業(yè)主需要為項(xiàng)目制定預(yù)期目標(biāo)以及功能要求，很容易空洞地表達(dá)。承包商需要根據(jù)合同要求設(shè)計(jì)工程，必須要滿足業(yè)主的功能要求相符合，在確保工程結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上，要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能地降低工程量和成本。當(dāng)業(yè)主要修改方案時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用增加以及工期不斷延長(zhǎng)，工程的承包企業(yè)需要在第一時(shí)間向業(yè)主索賠。

表 1 碳納米管在茶葉農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例Table 1 Recent studies applying carbon nanotubes in the determination of pesticide residues in tea samples

3.2 重金屬

重金屬具有高富集性和難降解性，可通過(guò)食物鏈循環(huán)以及土壤、大氣等途徑進(jìn)入人體造成蓄積，從而對(duì)機(jī)體器官和生理機(jī)能造成不同程度的損傷[35]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，重金屬已成為繼農(nóng)藥殘留后又一影響茶葉安全的重要因素。碳納米管擁有大的比表面積、特殊的結(jié)構(gòu)以及各層石墨管之間的空隙，使其對(duì)金屬離子具有很強(qiáng)的吸附能力和較大的吸附容量，特別是經(jīng)過(guò)功能化修飾后具有更好的分散性，對(duì)有害物質(zhì)的吸附能力也增強(qiáng)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于富集重金屬離子，取得了良好的檢測(cè)效果。

研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管具有吸附二價(jià)金屬離子的特點(diǎn)，但對(duì)金屬離子的吸附容量不高，而且沒(méi)有選擇性[36-37]，因此對(duì)碳納米管進(jìn)行改性十分必要。徐旭明等[38]采用濃硝酸對(duì)MWCNTs表面進(jìn)行處理得到酸化的MWCNTs，將其和離子液體（ionic liquid，IL）1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽研磨成凝膠，黏涂修飾絲網(wǎng)印刷碳電極（screen-printed carbon electrode，SPCE），制備了一種新型的MWCNTs/離子液體/絲網(wǎng)印刷碳電極（MWCNTs-IL-SPCE），并采用差分脈沖溶出伏安法研究了鉛離子在MWCNTs-IL-SPCE電極上的電化學(xué)行為。結(jié)果表明，酸化的MWCNTs表面引入了含氧官能團(tuán)，可與金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，使其對(duì)鉛離子表現(xiàn)出很高的吸附性能，在電解質(zhì)溶液中加入少量的I-，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)MWCNTs對(duì)鉛離子的吸附，提高檢測(cè)的重現(xiàn)性和靈敏度，檢出限達(dá)0.63 μg/L，樣品回收率為91.92%。用該方法對(duì)茶葉中的痕量鉛進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果與電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定值進(jìn)行t檢驗(yàn)，無(wú)著性差異，表明該方法有較高的準(zhǔn)確度。

茶葉富含多種營(yíng)養(yǎng)成分，包括茶多酚、咖啡堿、氨基酸、各種維生素等，它們的相對(duì)含量和比例共同決定了茶葉的口感和品質(zhì)。隨著人們對(duì)膳食營(yíng)養(yǎng)認(rèn)識(shí)的不斷提高，茶葉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)越來(lái)越受到關(guān)注。

此外，Aboufazeli[40]、Sweileh[41]等分別建立了基于MWCNTs復(fù)合材料的SPE富集檢測(cè)茶葉中鎘（II）、茶湯中鋁（III）含量的方法，方法的檢出限分別為1.3 μg/L和6.9 μg/L，用于實(shí)際茶葉樣品檢測(cè)，取得了令人滿意的結(jié)果。

3.3 多氯聯(lián)苯

多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）是環(huán)境中存在的一類(lèi)高毒有機(jī)污染物，具有難降解、易遷移和生物累積等特性，雖然在環(huán)境中含量極低，但易通過(guò)食物鏈富集和傳遞，經(jīng)飲食攝入等途徑[42-43]進(jìn)入人體產(chǎn)生毒害作用[44-45]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外茶葉均不同程度地受到PCBs污染。例如，對(duì)意大利市場(chǎng)上幾種品牌綠茶和紅茶進(jìn)行調(diào)查，兩類(lèi)茶葉中PCBs的含量分別為0.79～4.77 ng/g和2.14～8.37 ng/g[46]；對(duì)日本當(dāng)?shù)? 種保健茶進(jìn)行調(diào)查，測(cè)得類(lèi)二噁英類(lèi)PCBs的含量在0.6～30.8 pg/g之間[47]；對(duì)俄羅斯西北部食品中有機(jī)污染物進(jìn)行檢測(cè)，在1 份紅茶樣品中檢出PCBs，含量為1.51 ng/g[48]。由此可見(jiàn)，PCBs已成為影響茶葉安全的一個(gè)重要因素，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有重要的實(shí)際意義。

劉騰飛等[49]利用DSPE技術(shù)開(kāi)展了茶葉中PCBs殘留分析的研究，比較了不同MWCNTs（原始MWCNTs、羧基化MWCNTs、羥基化MWCNTs）與目前常用商品化吸附劑（C18、PSA、GCB、Florisil）對(duì)茶葉提取液中色素的吸附凈化能力，發(fā)現(xiàn)MWCNTs對(duì)色素的吸附效果優(yōu)于常用商品化吸附劑，茶樣經(jīng)不同商品化吸附劑處理后，仍具有較深的顏色，經(jīng)不同MWCNTs處理后溶液趨于無(wú)色，其中羧基化MWCNTs對(duì)茶葉色素的吸附效果最好，凈化后溶液無(wú)色透明（圖2），將其與PSA混合使用，可有效減少茶樣中色素、茶多酚、兒茶素等物質(zhì)含量，顯著提高茶葉提取液的凈化效果。將該技術(shù)結(jié)合GC-MS用于不同茶葉中18 種PCBs的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)大部分PCBs的回收率較差（低于67%），其中有4 種PCBs回收率為0，說(shuō)明羧基化MWCNTs在吸附雜質(zhì)時(shí)對(duì)PCBs也產(chǎn)生了強(qiáng)烈吸附。為了解決這一問(wèn)題，將樣品超聲輔助提取后，通過(guò)甲苯溶劑置換，再進(jìn)行分散萃取凈化，獲得了可靠的結(jié)果，所有分析物的回收率均在98%以上。該實(shí)驗(yàn)證明碳納米管可作為吸附凈化劑用于復(fù)雜基質(zhì)樣品中PCBs檢測(cè)的前處理過(guò)程。相似的方法[50]被用于基質(zhì)更為復(fù)雜的茶青樣品的前處理，實(shí)現(xiàn)了茶青中18 種PCBs的檢測(cè)分析，結(jié)果令人滿意。

圖 2 不同吸附劑對(duì)茶葉提取液凈化效果的影響[49]Fig. 2 Effect of different adsorbents on the purification efficiency of tea extracts[49]

3.4 其他有害成分

除了上述有害成分外，碳納米管還被用于茶葉中高氯酸鹽、多環(huán)芳烴等持久性有毒污染物的檢測(cè)。Zhao Yonggang等[51]報(bào)道了一種磁分散固相萃取-LC-MS/MS測(cè)定茶葉中高氯酸鹽的分析方法。采用自制的季銨鹽修飾磁性羧基化碳納米管作為吸附劑，用于分離富集茶葉中的高氯酸鹽，得到了較高的萃取效率和精密度，回收率在85.2%～107%之間，RSD小于8.0%，檢出限為2.49 ng/kg，該磁性材料再生性能良好，可重復(fù)使用至少20 次，大幅降低了樣品前處理成本。將該方法用于食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)，對(duì)當(dāng)?shù)?40 份茶葉樣品進(jìn)行分析，其中229 份樣品中檢出了高氯酸鹽，其含量為0.082～988 μg/kg。Yazdi等[52]設(shè)計(jì)制備了一種MWCNTs/氧化鋯納米復(fù)合物，采用該材料作為中空纖維固相微萃取涂層，通過(guò)復(fù)合物與多環(huán)芳烴之間強(qiáng)烈的π-π堆積作用和疏水作用，用于快速萃取凈化茶葉、咖啡及水中的多環(huán)芳烴，結(jié)果表明該復(fù)合物是一種性能優(yōu)異的吸附萃取材料，對(duì)多環(huán)芳烴具有較高的吸附能力，結(jié)合HPLC-UVD法用于檢測(cè)茶葉、咖啡及水樣中的6 種多環(huán)芳烴，檢出限為0.033～0.16 μg/mL，回收率為92.0%～106.0%。該研究對(duì)利用碳納米管檢測(cè)環(huán)境及食品中的多環(huán)芳烴具有一定的參考價(jià)值。

4 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，碳納米管及其復(fù)合材料的制備和應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注，其在茶葉檢測(cè)中扮演越來(lái)越重要的角色，尤其是與電化學(xué)、材料科學(xué)等相結(jié)合進(jìn)而開(kāi)發(fā)的基于碳納米管的檢測(cè)方法，可用于茶葉品質(zhì)與安全分析，能夠有效地提高檢測(cè)的效率和靈敏度，降低檢測(cè)成本，大幅豐富了茶葉質(zhì)量安全檢測(cè)技術(shù)體系。由于碳納米管的表面化學(xué)惰性，分散性能差，缺乏選擇性，通過(guò)利用不同基團(tuán)或功能材料對(duì)其進(jìn)行修飾，改善碳納米管的表面性質(zhì)，提高對(duì)特定分析物吸附的效率和選擇性，有效拓展了碳納米管在茶葉檢測(cè)中的應(yīng)用。從本文綜述來(lái)看，在茶葉營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)中，通常利用碳納米管及其復(fù)合材料修飾或構(gòu)建電極，開(kāi)發(fā)基于碳納米管的電化學(xué)傳感器，由于碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電子特性，使其在制成電極時(shí)能促進(jìn)電子的傳遞，并使電極表面擁有多孔性、大比表面積及多種功能基團(tuán)等特性，從而對(duì)茶堿、茶多酚等營(yíng)養(yǎng)成分的電化學(xué)行為產(chǎn)生催化效應(yīng)，進(jìn)而提高其檢測(cè)的靈敏度和選擇性；在茶葉農(nóng)藥殘留、重金屬等危害因子檢測(cè)中，主要將碳納米管及其復(fù)合材料作為填料，用于不同樣品前處理技術(shù)中，結(jié)合各類(lèi)分析儀器進(jìn)行檢測(cè)，由于該模式能夠顯著增加萃取凈化效率和富集倍數(shù)，提高了檢測(cè)靈敏度，降低了檢測(cè)成本，應(yīng)用較為廣泛。但是，茶葉是一類(lèi)基質(zhì)復(fù)雜的樣品，且分析物種類(lèi)多、含量低，大多情況下僅使用碳納米管無(wú)法達(dá)到理想的凈化和富集效果，因此探明碳納米管與不同分析物之間的相互作用，制備針對(duì)特定分析物的功能化碳納米管復(fù)合材料，以提高分析的準(zhǔn)確度、靈敏度和選擇性是今后茶葉品質(zhì)安全分析中亟需解決的問(wèn)題。

目前，“長(zhǎng)約杜洋三元組合”、“洋五元組合”是當(dāng)前普遍應(yīng)用的最佳組合。我國(guó)基本沿用了這些組合。特別適用規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)。