CN113289579A - 一种金属有机骨架衍生磁性多孔碳材料及其对饮料中4种有机染料的萃取 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属有机骨架（MOFs）衍生磁性多孔碳材料及其对饮料中有机染料（日落黄、柠檬黄、苋菜红和胭脂红）的萃取方法，本发明以MIL‑101(Fe)、葡萄糖为碳源，通过高温碳化法制备MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG，使用所述MPCG为吸附剂，对饮料中的有机染料进行富集与分离，通过色谱检测，提高了色谱对饮料中有机染料检测的灵敏度。

Description

一种金属有机骨架衍生磁性多孔碳材料及其对饮料中4种有 机染料的萃取
技术领域
本发明属于食品检测技术领域，具体涉及一种金属有机骨架（MOFs）衍生磁性多孔碳材料及其对日落黄、柠檬黄、苋菜红和胭脂红4种染料的萃取，进一步应用于饮料中4种染料的测定。
背景技术
食用色素又称食用染料，指用于食品着色或改善食品色调的一类食品添加剂。食用染料可分为天然食用染料和合成食用染料。其中合成食用染料是食品添加剂的重要种类，在增加食品外观美感和调节口感方面，合成食用染料发挥着不可替代的作用。鉴于苯环类色素的毒性作用，合成食用染料的安全使用受到高度重视，其中国标GB 5009-2016对食品中允许添加的合成食用染料的种类及其最大允许用量进行了详细的描述，也为合成食用染料的安全使用提供了重要依据。
合成染料的检测方法有毛细管电泳法、薄层色谱法、液相色谱等。由于食品中的成分复杂，基质干扰大，为提高仪器检测的准确性和灵敏性，需对待测样品进行前处理。
金属-有机骨架化合物，也被称为多孔配位聚合物，是由金属离子（或离子簇）与有机连接体通过配位键构成的一类微孔材料。将MOFs经过高温碳化，可以得到MOFs衍生多孔碳材料，与MOFs前躯体相比，其在空气中、水中性质更为稳定，适用于作为样品前处理技术中的萃取材料应用于目标分析物的富集。
发明内容
本发明的目的是以铁基MOFs MIL-101(Fe)为前驱体制备一种具有磁性且比表面积大的多孔碳材料MPCG。所述MPCG对日落黄、柠檬黄、胭脂红和苋菜红具有较强的吸附性能，配合液相色谱可以实现饮料中4种合成食用染料的灵敏检测。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG的制备方法，包括以下步骤：
称取一定比例的葡萄糖和MIL-101(Fe)分散于无水乙醇中并进行超声处理，干燥后将所得固体高温煅烧3 h，即得到MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG。
进一步的，加入葡萄糖与MIL-101(Fe)的质量比例为0.6:1。
本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用MPCG萃取4种合成食用染料的方法，包括以下步骤：
取20 mL待测样品于棕色小瓶中，加入MPCG，室温下涡旋震荡，经磁性分离后，弃去上清液，加入洗脱液涡旋洗脱，磁性分离，收集上清液，在恒温水浴下N2吹干，再用超纯水定容，取上清液进行色谱分析。
进一步的，所述MPCG的添加量为0~12 mg。优选的，添加量为5 mg。
进一步的，所述体系pH为2~10。优选的，体系pH为7。
进一步的，所述涡旋吸附的时间为5~40 min。优选的，涡旋吸附30 min。
进一步的，所述洗脱液为3 mL氨化甲醇溶液（氨水：甲醇=2%:98%）。
得到MPCG对分析物的最佳萃取条件，建立溶液中日落黄、柠檬黄、胭脂红和苋菜红的分析方法，方法线性范围为0.25~50 μg/L，检出限为0.05~0.08 μg/L。
进一步的，在优化的萃取条件下，将制备的MPCG应用于饮料样品中4种染料的富集，配合液相色谱实现分析物的灵敏检测。
本发明相比现有技术的有益效果为：
1、由于MIL-101(Fe)含有Fe元素，可以通过一步高温碳化同时实现材料的磁化与碳化，因此所述MPCG具有制备方法简单、易控的优点。
2、葡萄糖的引入，使所述MPCG的比表面积变大，活性位点增多，将MIL-101(Fe)前驱体及MPCG对胭脂红和苋菜红的萃取效果进行了对比，本发明所述的MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG对染料的萃取性能最佳。
3、将本发明所述的MOFs衍生磁性多孔碳材料作为吸附剂，优化了萃取时间、吸附剂添加量等条件，实现了对目标分析物的高效富集，从而提高了色谱对4种染料检测的灵敏度。
附图说明
图1为本发明所述MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG的SEM图；
图2为MIL-101(Fe)和本发明所述MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG的红外光谱图；
图3为不同MOFs衍生磁性多孔碳材料添加量对萃取效率的影响示意图；
图4为不同体系pH值对萃取效率的影响示意图；
图5为不同吸附时间对萃取效率的影响示意图。
具体实施方式
使用的主要仪器：
超高效液相色谱仪（UPLC，美国Waters公司）。
实施例1
本实施例提供了一种MOFs衍生磁性多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：
称取一定比例（1:0.6，m/m）的葡萄糖和MIL-101(Fe)，使其分散于无水乙醇中，超声处理20 min，之后在烘箱中充分干燥，所得混合物放入瓷舟中，在N2保护下700 ℃反应3h。反应完成后，磁分离，加入超纯水清洗至上层清液无色透明。清洗完成后在真空干燥箱中充分干燥，即得到MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG。
以下，通过扫描电镜（SEM）和红外光谱图（FT-IR）表征MPCG的物化性能。
如图1所示，碳化后的MIL-101(Fe)保持其正八面体结构，均匀地分散在碳材料中。
如图2所示，a为MIL-101(Fe)材料的FT-IR谱图，1388 cm-1和1660 cm-1处两个特征峰归属于C=O伸缩振动峰和非伸缩振动峰，表明存在-COOH。b为MPCG材料的FT-IR谱图，位于1585 cm-1处特征峰归属于苯环中C=C伸缩振动峰，在560～500 cm-1的特征峰与Fe-O相关，证明Fe以氧化物形式存在于MPCG中。
实施例2
本实施例提供了一种利用实施例1制备得到的MPCG萃取溶液中4种合成染料的方法，包括以下步骤：
称取5 mg MPCG材料加入含有4种染料的20 mL样品溶液中（pH=7.0）；室温下涡旋震荡30 min，磁性分离，弃去上清液；然后加入3.0 mL氨化甲醇（氨水/甲醇=2%:98%，v/v），再次涡旋震荡30 min，磁性分离，收集上清液，N2吹干；最后，用超纯水定容，即完成对样品溶液中4种染料的萃取及洗脱。取上清液通过UPLC检测4种染料的浓度。
实施例3
考察不同MOFs衍生磁性多孔碳材料用量对萃取效率的影响。
按照实施例2所述方法萃取4种染料，区别在于，所用MPCG的质量分别为0～12 mg。由图3所示，当吸附剂质量达到5 mg时，萃取效率不再继续增加，因此，本发明选用MPCG的质量为5 mg。
实施例4
考察不同溶液pH值对萃取效率的影响。
按照实施例2所述方法萃取4种染料，区别在于，调节样品溶液pH值分别为3.0、5.0、7.0、9.0、11.0。由图4可知，在pH=7.0时，萃取效率达到了最大值。所以本发明在pH=7.0时萃取样品溶液中的4种染料。
实施例5
考察不同吸附时间对萃取效率的影响。
按照实施例2所述方法萃取4种染料，区别在于，涡旋震荡处理时间分别为5 min、10 min、20 min、30 min、40 min。由图5可知，到达30 min时萃取效率不再继续增加。所以本发明的吸附时间使用30 min。
实施例6
本实施例提供了一种溶液中4种合成染料的分析方法，通过上述实施例2~5确定最优萃取条件，配置系列标准溶液，在最优条件下使用MPCG对溶液中的目标分析物进行萃取，通过UPLC分析测定，建立溶液中4种合成染料方法的工作曲线，方法的线性范围为0.25 μg/L~50 μg/L，检出限为0.05~0.08 μg/L。
实施例7
将建立的方法用于饮料（两种碳酸饮料）中胭脂红、苋菜红、日落黄和柠檬黄的分析检测。饮料样品经0.45 μm微孔过滤膜除去杂质，使用建立的分析方法对实际样品中的目标分析物进行分析，实际样品的回收率为88.21~109.82%，表明所建立的方法适用于复杂饮料样品中胭脂红、苋菜红、日落黄和柠檬黄的分析。

Claims (9)

1.一种MOFs衍生磁性多孔碳材料（MPCG）的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：称取一定质量的MIL-101(Fe)与葡萄糖，置于无水乙醇中超声分散，将混合溶液在烘箱中烘干，所得固体在N2保护下高温煅烧，冷却后清洗、干燥，即得所述MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG。
2.根据权利要求1所述MPCG的制备方法，其特征在于，加入葡萄糖和MIL-101(Fe)质量比为0.6:1。
3.根据权利要求1所述MPCG的制备方法，其特征在于，高温煅烧时间为3 h。
4.一种MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG，其特征在于，所述MOFs衍生磁性多孔碳材料由权利1-3任一项所述的制备方法制得。
5.一种利用权利要求4所述的MOFs衍生磁性多孔碳材料MPCG萃取饮料中日落黄、柠檬黄、苋菜红和胭脂红的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
取20 mL待测样品至棕色小瓶中，将所述MPCG分散于待测样品中，涡旋震荡使4种染料完全吸附于MPCG上，磁分离后弃去上清液，而后加入洗脱液，再次涡旋震荡使吸附剂表面的4种染料解吸附，磁分离后收集上清液，即完成对饮料中4种有机染料的萃取。
6.根据权利要求5所述的萃取饮料中4种染料的方法，其特征在于，所述MPCG的添加量为5 mg。
7.根据权利要求5所述的萃取饮料中4种染料的方法，其特征在于，加入所述MPCG前，将待测饮料样品pH调至7。
8.根据权利要求5所述的萃取饮料中4种染料的方法，其特征在于，涡旋震荡处理的时间为30 min。
9.根据权利要求5所述的萃取饮料中4种染料的方法，其特征在于，所述洗脱液为3 mL氨化甲醇（氨水：甲醇=2%:98%）。
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