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 無錫 214063）

茶葉是一種天然保健飲料作物，富含多種有機營養(yǎng)物質(zhì)和無機礦物質(zhì)元素，具有獨特的香氣、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。隨著消費者營養(yǎng)和健康意識的提高，茶葉品質(zhì)和安全問題受到了廣泛關(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，對茶葉生產(chǎn)加工質(zhì)量提出了越來越高的要求，同時對茶葉中各類營養(yǎng)成分和危害因子的分析技術(shù)也提出了新的挑戰(zhàn)。為了深入地對茶葉營養(yǎng)品質(zhì)與質(zhì)量安全開展相關(guān)研究，建立高效、快速、靈敏、經(jīng)濟的檢測技術(shù)尤為重要。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上結(jié)合其他學(xué)科進行了大量的研究工作，將很多先進的材料、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過程中，發(fā)展了諸多有效的檢測方法和技術(shù)[2]。碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）是近年來國內(nèi)外廣泛關(guān)注的一類納米碳材料[3]，由于其獨特的結(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，給基于碳納米管的樣品前處理技術(shù)、儀器檢測技術(shù)和新檢測模式的發(fā)展提供了有力的理論支撐，近年來在茶葉質(zhì)量安全檢測領(lǐng)域備受關(guān)注。本文對基于碳納米管的茶葉品質(zhì)和安全檢測進行了綜述，介紹了碳納米管的類型和特點，論述了近幾年碳納米管在茶葉品質(zhì)與安全檢測領(lǐng)域的相關(guān)進展，以期為今后開展茶葉的相關(guān)研究提供參考。

1 碳納米管的類型和特點

碳納米管是由二維石墨烯片層卷曲而成的無縫中空圓柱管體（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，每個碳原子剩余的p軌道相互平行，形成大π鍵[5]。

我當(dāng)時歸納了“整合性思維”的4個特征：1.綜合貫穿于認識的全過程，但每一步綜合都伴隨著分析；2.分析和綜合不是分別進行的，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)-動態(tài)性原則，簡化原則；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和發(fā)揮，而這一思維方式的源頭，就來自我在系統(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，對大多數(shù)無機和有機化合物都具有較強的富集能力，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稱性，不存在手性問題[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候，他是執(zhí)意不肯的，他喜歡以前那條藍灰黃條紋的。

2 碳納米管在茶葉品質(zhì)檢測中的應(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對釩離子的吸附能力為9.6 mg/g，富集系數(shù)達100，并且具有良好的穩(wěn)定性，可重復(fù)使用250 次且不會引起釩離子的吸附性能降低，對茶葉標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW07605）進行檢測，其平均回收率為95%，檢出限達0.012 μg/L，用于紅茶中釩離子檢測，測得其含量為1.58 μg/g。該方法還被成功用于自來水、瓶裝飲用水以及咖啡、果蔬、雞肉等食品中釩離子的測定。

養(yǎng)殖草魚、鰱魚、鳙魚等，魚塘水面要改大；養(yǎng)殖羅非魚、鯉魚等，魚塘水深必須提高，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)殖匙吻鱘等大型魚類，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徑比使其分散性較差，極易纏結(jié)、團聚，影響了其應(yīng)用時功能性質(zhì)的發(fā)揮。將碳納米管進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，有助于提高其在溶劑或使用體系中的分散性，同時也能增強對極性農(nóng)藥和水溶性農(nóng)藥的萃取能力，相關(guān)研究已有文獻報道。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，在掃描波長范圍內(nèi)幾乎無吸收，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)品對目標(biāo)農(nóng)藥回收率的影響，發(fā)現(xiàn)不同MWCNTs對平面結(jié)構(gòu)農(nóng)藥存在強烈的吸附性，使得大部分農(nóng)藥的回收率偏低，通過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，測定其在茶中的含量有著重要的實際意義。劉蓉等[17]報道了一種利用石墨烯和SWCNTs修飾分子印跡膜測定黑茶中槲皮素含量的電化學(xué)測定方法。他們首先研究了石墨烯和SWCNTs對金電極的增敏效果，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槲皮素具有特異性識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%，并且對結(jié)構(gòu)類似物蘆丁抗干擾能力強，用于黑茶中槲皮素含量的測定，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物質(zhì)的測定提供了新的手段。

此外，?elik等[18]以混合強酸處理MWCNTs進行改性，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，通過共價連接反應(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%以上的相對活力，連續(xù)使用10 批次后其相對活力仍保持在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生物堿，其含量是評價茶葉品質(zhì)的一個重要指標(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)確測定。為了解決該問題，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、快捷簡便地測定咖啡因的方法。研究表明該修飾電極對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)時間短，重現(xiàn)性（RSD≤2.03，n＝5）和選擇性較好，檢出限可達2.0×10-7mol/L，用于測定鐵觀音、信陽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、冰紅茶中咖啡因的檢測。

Mekassa等[16]通過混酸氧化的方法對MWCNTs進行功能化處理后，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)建了同時測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，使修飾電極可同時電催化氧化咖啡因和茶堿，使它們的氧化峰電位負移，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），以及長期的穩(wěn)定性（長于4 周）和較高的靈敏度，對咖啡因和茶堿的檢出限分別為2.8×10-7、2.0×10-8mol/L，用于實際綠茶樣品中咖啡因和茶堿檢測，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識信息技術(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)計算機應(yīng)用知識和技能提供一個有效的學(xué)習(xí)平臺，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)方法測定茶堿的文獻已有報道，張錢麗等[13]報道了一種碳納米管修飾電極伏安法測定茶堿的方法，他們以碳納米管修飾碳圓盤微電極，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茶堿的電極反應(yīng)有催化作用，使其氧化峰電位發(fā)生負移，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，檢測下限達6×10-7mol/L。該修飾電極制作方法簡便，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定提供了有效方法。此外，曾春梅等[14]利用碳納米管獨特的中空結(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)合膜修飾電極測定茶堿的電化學(xué)新方法。研究結(jié)果表明該修飾電極對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（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）≤6.46%，n＝8）和穩(wěn)定性（長于5 d），以及較強的抗干擾能力，用于樣品的測定，回收率為97.30%～101.37%，測定結(jié)果可靠。

3 碳納米管在茶葉安全檢測中的應(yīng)用

3.1 農(nóng)藥殘留

茶葉在種植過程中，常使用化學(xué)農(nóng)藥防治病蟲害，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，過量攝入時對健康危害極大。作為茶葉安全檢測的主要對象之一，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，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）、分散固相萃取（dispersive 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 種有機磷農(nóng)藥為分析對象，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，評價了MWCNTs用于萃取凈化茶葉基質(zhì)的性能。通過比較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。由于有機磷農(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，通過在提取液中添加甲苯，利用甲苯中苯基與MWCNTs產(chǎn)生競爭作用，有效降低了對有機磷農(nóng)藥的吸附，提高了檢測回收效率。該方法用于茶葉中40 種有機磷農(nóng)藥檢測時的檢出限為0.5～4.6 μg/kg，回收率在84.2%～109.9%之間，RSD不大于8.9%（n＝6），對市售綠茶、紅茶、烏龍茶樣品進行檢測，并使用GB/T 23204—2008《茶葉中519 種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》方法對陽性樣品進行驗證，兩種方法檢測結(jié)果相近，但是基于MWCNTs的DSPE前處理方法更加簡單、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)藥殘留檢測前處理中應(yīng)用的可行性和優(yōu)勢。Li Jianxun等[20]將DSPE和分散液-液微萃取（dispersive liquid-liquid microextraction，DLLME）技術(shù)相結(jié)合，采用GC-MS/MS建立了測定不同茶葉中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DLLME技術(shù)，獲得了較高的檢測靈敏度，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)測方法。

碳納米管的化學(xué)和熱穩(wěn)定性優(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行熱處理，形成覆蓋長度為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、機械和熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點，用于SPME法萃取擬除蟲菊酯農(nóng)藥時，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 種擬除蟲菊酯農(nóng)藥檢測時的檢出限為0.12～1.65 ng/mL，回收率、精密度等均滿足檢測的要求。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，該纖維制備簡單快速、價格便宜，不僅對茶葉中農(nóng)藥有較高的萃取效率，而且有較長的使用壽命（至少重復(fù)使用70 次），極大地縮短了樣品制備時間并減少了費用。

在教學(xué)中，必須根據(jù)學(xué)生的認知特點和知識水平并結(jié)合學(xué)生生活實際設(shè)計一些探索性和開放性活動，把課堂的自主權(quán)交給學(xué)生，運用一些巧妙的、有趣的、實用的手段，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，也能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到切實的提高。

碳納米管還被應(yīng)用于一些新方法模式檢測茶葉中的農(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取（in-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，通過在注射器中裝入15 mg MWCNTs以及200 mg PSA和100 mg C18吸附劑，進行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和過濾一步完成，不需要離心，在保證凈化效果的同時簡化了前處理步驟，具有快速、操作簡便、成本低、節(jié)省溶劑等優(yōu)點?；诖耍珻hen Hongping等將該技術(shù)結(jié)合超高效液相色譜-靜電場軌道阱高分辨質(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。此外，陳啟榮等[24]建立了一種基于MWCNTs的快速過濾型凈化（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，通過將注射器與填裝10 mg MWCNTs的凈化柱相連接，向上抽動，使提取液經(jīng)過凈化柱，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，26 種農(nóng)藥均獲得了較高的檢測準(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、簡單、易于操作，避免了傳統(tǒng)凈化方法需要大量溶劑和進一步濃縮，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

茶多酚屬于多酚類化合物，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]利用混合強酸對MWCNTs進行酸化處理后，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SWCNTs進行共價修飾，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、簡單的測定茶葉中多酚類物質(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)過程，增強其氧化峰電流，進而高靈敏度檢測GA，檢出限可達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，用于檢測茶葉中的多酚類物質(zhì)，結(jié)果令人滿意。

碳納米管吸附容量大、吸附能力強，將其與磁性材料復(fù)合用于富集檢測農(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程變得簡單、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 種有機磷和有機氯農(nóng)藥的萃取凈化。研究表明通過磁性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，凈化效果優(yōu)于前者，而與后者相當(dāng)，但是分離快速、前處理時間更短。將該方法應(yīng)用于市售茶葉樣品檢測，在2 份綠茶和1 份花茶樣品中檢出了樂果，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菊酯、功夫菊酯和苯氰菊酯的HPLC-紫外檢測方法（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），對茶葉中的目標(biāo)農(nóng)藥具有較強的吸附能力，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，但是通過磁性分離技術(shù)縮短了分析時間，減少了溶劑消耗，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的樣品前處理，可擴展用于復(fù)雜樣品基質(zhì)中其他農(nóng)藥的富集檢測。

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

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

招標(biāo)或者是議標(biāo)時期，業(yè)主需要為項目制定預(yù)期目標(biāo)以及功能要求，很容易空洞地表達。承包商需要根據(jù)合同要求設(shè)計工程，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，要進一步優(yōu)化設(shè)計，盡可能地降低工程量和成本。當(dāng)業(yè)主要修改方案時，就會導(dǎo)致費用增加以及工期不斷延長，工程的承包企業(yè)需要在第一時間向業(yè)主索賠。

表 1 碳納米管在茶葉農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用實例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，可通過食物鏈循環(huán)以及土壤、大氣等途徑進入人體造成蓄積，從而對機體器官和生理機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，使其對金屬離子具有很強的吸附能力和較大的吸附容量，特別是經(jīng)過功能化修飾后具有更好的分散性，對有害物質(zhì)的吸附能力也增強，近年來被廣泛應(yīng)用于富集重金屬離子，取得了良好的檢測效果。

研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管具有吸附二價金屬離子的特點，但對金屬離子的吸附容量不高，而且沒有選擇性[36-37]，因此對碳納米管進行改性十分必要。徐旭明等[38]采用濃硝酸對MWCNTs表面進行處理得到酸化的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，可與金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，使其對鉛離子表現(xiàn)出很高的吸附性能，在電解質(zhì)溶液中加入少量的I-，能夠進一步增強MWCNTs對鉛離子的吸附，提高檢測的重現(xiàn)性和靈敏度，檢出限達0.63 μg/L，樣品回收率為91.92%。用該方法對茶葉中的痕量鉛進行測定，測定結(jié)果與電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定值進行t檢驗，無著性差異，表明該方法有較高的準(zhǔn)確度。

茶葉富含多種營養(yǎng)成分，包括茶多酚、咖啡堿、氨基酸、各種維生素等，它們的相對含量和比例共同決定了茶葉的口感和品質(zhì)。隨著人們對膳食營養(yǎng)認識的不斷提高，茶葉的營養(yǎng)品質(zhì)越來越受到關(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，用于實際茶葉樣品檢測，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)境中存在的一類高毒有機污染物，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，但易通過食物鏈富集和傳遞，經(jīng)飲食攝入等途徑[42-43]進入人體產(chǎn)生毒害作用[44-45]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外茶葉均不同程度地受到PCBs污染。例如，對意大利市場上幾種品牌綠茶和紅茶進行調(diào)查，兩類茶葉中PCBs的含量分別為0.79～4.77 ng/g和2.14～8.37 ng/g[46]；對日本當(dāng)?shù)? 種保健茶進行調(diào)查，測得類二噁英類PCBs的含量在0.6～30.8 pg/g之間[47]；對俄羅斯西北部食品中有機污染物進行檢測，在1 份紅茶樣品中檢出PCBs，含量為1.51 ng/g[48]。由此可見，PCBs已成為影響茶葉安全的一個重要因素，對其進行監(jiān)測具有重要的實際意義。

劉騰飛等[49]利用DSPE技術(shù)開展了茶葉中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）對茶葉提取液中色素的吸附凈化能力，發(fā)現(xiàn)MWCNTs對色素的吸附效果優(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處理后溶液趨于無色，其中羧基化MWCNTs對茶葉色素的吸附效果最好，凈化后溶液無色透明（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，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，說明羧基化MWCNTs在吸附雜質(zhì)時對PCBs也產(chǎn)生了強烈吸附。為了解決這一問題，將樣品超聲輔助提取后，通過甲苯溶劑置換，再進行分散萃取凈化，獲得了可靠的結(jié)果，所有分析物的回收率均在98%以上。該實驗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檢測的前處理過程。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，實現(xiàn)了茶青中18 種PCBs的檢測分析，結(jié)果令人滿意。

圖 2 不同吸附劑對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。Zhao Yonggang等[51]報道了一種磁分散固相萃取-LC-MS/MS測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)險監(jiān)測，對當(dāng)?shù)?40 份茶葉樣品進行分析，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，通過復(fù)合物與多環(huán)芳烴之間強烈的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，對多環(huán)芳烴具有較高的吸附能力，結(jié)合HPLC-UVD法用于檢測茶葉、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%。該研究對利用碳納米管檢測環(huán)境及食品中的多環(huán)芳烴具有一定的參考價值。

4 結(jié) 語

近年來，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，其在茶葉檢測中扮演越來越重要的角色，尤其是與電化學(xué)、材料科學(xué)等相結(jié)合進而開發(fā)的基于碳納米管的檢測方法，可用于茶葉品質(zhì)與安全分析，能夠有效地提高檢測的效率和靈敏度，降低檢測成本，大幅豐富了茶葉質(zhì)量安全檢測技術(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，通過利用不同基團或功能材料對其進行修飾，改善碳納米管的表面性質(zhì)，提高對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中的應(yīng)用。從本文綜述來看，在茶葉營養(yǎng)成分檢測中，通常利用碳納米管及其復(fù)合材料修飾或構(gòu)建電極，開發(fā)基于碳納米管的電化學(xué)傳感器，由于碳納米管獨特的結(jié)構(gòu)和電子特性，使其在制成電極時能促進電子的傳遞，并使電極表面擁有多孔性、大比表面積及多種功能基團等特性，從而對茶堿、茶多酚等營養(yǎng)成分的電化學(xué)行為產(chǎn)生催化效應(yīng)，進而提高其檢測的靈敏度和選擇性；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)合各類分析儀器進行檢測，由于該模式能夠顯著增加萃取凈化效率和富集倍數(shù)，提高了檢測靈敏度，降低了檢測成本，應(yīng)用較為廣泛。但是，茶葉是一類基質(zhì)復(fù)雜的樣品，且分析物種類多、含量低，大多情況下僅使用碳納米管無法達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題。

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