CN114307984B

CN114307984B - 一种碳基吸附材料的制备方法及其应用

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Publication number: CN114307984B
Application number: CN202111552827.XA
Authority: CN
Inventors: 郭新颖; 张卫兵; 陈�峰
Original assignee: Nantong Center For Disease Control And Prevention
Current assignee: Nantong Center For Disease Control And Prevention
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-11-03
Anticipated expiration: 2041-12-17
Also published as: CN114307984A

Abstract

本发明公开了一种碳基吸附材料的制备方法及其应用，属于食品安全检测技术领域。制备方法包括以下步骤：制备酚醛树脂基碳球；将酚醛树脂碳球羧基化，得羧基化酚醛树脂碳球；制备聚苯胺管；将羧基化酚醛树脂碳球和聚苯胺管共混，得聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料。本发明的碳基吸附材料，绿色环保、简单快捷，采用阶梯式升温碳化的方法，碳化率高、漏损少、活性位点多、无二次污染，吸附脱吸行程短、吸脱速度快，可以反复利用数次，适合用于样品前处理的分散固相萃取材料，还可用于高通量同时在线检测多组分多环芳烃，灵敏度高、检出限低、线性范围宽、同时在线测定、批量样品检测。

Description

一种碳基吸附材料的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于食品安全检测技术领域，具体涉及一种碳基吸附材料的制备方法及其应用，进一步涉及一种碳基吸附材料的制备方法及在检测药食同源类香辛料中多环芳烃的应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对食品的口味日趋挑剔，大量调味品涌入市场。药食同源类香辛料因其独特天然风味和多层次多样化口感，不仅具有去除异味、增加香味、增进食欲的功效，在家居烹调和酒楼盛筵等食品烹饪环节中充当重要食品配料而被大量使用。一些初级香辛料如草果、花椒、八角茴香、公丁香等属于中药，具有良好的药用功效。但由于药食同源类香辛料成品制作过程复杂，烹饪过程的高温、烟熏、油炸等条件会产生许多致癌性有害物质，严重影响着人体健康，尤其是一些芳香烃类外源性有害物质等影响食药安全化学危害因子的日常摄入而造成的潜在健康危险备受关注。

多环芳烃(PAHs)是香辛料制品加工过程中极易污染和产生的一类化学有机化合物，属于多苯环结构的芳香族类物质，是一类致癌、致畸、致突变的典型持久性有机污染物和化学致癌物。1980年美国环保署针对环境优先控制的16种多环芳烃(16EPA PAHs)是目前大多数实验室常见的检测对象。2008年欧洲食品安全局在食品风险评估的基础上提出了16种综合毒性较大的多环芳烃(16EU PAHs)，其中有8种与EPA PAHs的种类重合(8PAHs)。欧盟PAHs2005/69/EC和REACH法规附件XVII规定了8种PAHs，其中6种属于8PAHs、1种为16EUPAHs中的苯并[j]荧蒽、1种为新增的苯并[e]芘。2011年德国产品安全委员会(AfPS)将GS认证测试PAHs的种类由原先的16种扩大为18种(18PAHs)，增加了包括16EPA PAHs在内的另外两种即苯并[j]荧蒽和苯并[e]芘。以上25种PAHs即为目前国际上涵盖范围最广的公认破坏性强的1A、1B或2类致癌性PAHs，因其可以在食品等消费品中找到而被不同人群广泛关注。

中国专利申请201010579924.3公开了一种吸附多环芳烃污染物的石墨烯复合材料的制备方法，将石墨烯分散在支撑体材料的前驱体溶液中，然后使支撑体材料的前驱体发生固化反应，即可制成石墨烯复合材料，具体制作步骤及吸附过程如下：(1)准备石墨烯分散溶液；(2)准备支撑体材料的前驱体溶液；(3)将石墨烯分散溶液与支撑体材料的前驱体溶液相混合；(4)引发支撑体材料的前驱体使之发生固化反应，同时加入石墨烯，得到石墨烯复合材料；(5)将制备得到的石墨烯复合吸附材料浸泡于含有多环芳烃的溶液中，由于石墨烯与多环芳烃之间的π-π相互作用，多环芳烃被吸附在石墨烯表面上；利用石墨烯的大π体系和超大比表面积特性，提高对多环芳烃的富集吸附能力。

在检测方法上，目前国外已见食品16EPA PAHs或16EU PAHs的检测标准方法，国内已见食品中16EPA PAHs的检测标准方法，但尚未见食药两用的16EU PAHs的检测标准方法，几乎未见同时检测16EPA PAHs、16EU PAHs和18PAHs相关文献与检测方法，香辛料中常见致癌性PAHs快速检测方法亦未见报道。在样品前处理方式上，多数采用传统分散固相萃取材料如石墨化炭黑、活性炭、PSA和C₁₈等，针对新型碳材料如碳球及其聚合物的食药中的多环芳烃前处理与检测技术未见报道。因此，亟待开发一种新型碳基聚合材料用于不同膳食部位药食同源类香辛料的绿色环保、高效精准的样品快速前处理和高通量多组分同时在线测定新技术。

有鉴于此，本发明制备了一种绿色环保、高效可靠的羧基化PANI/PFC/CS分散固相萃取材料，用于四种不同膳食部位药食同源香辛料的22种PAHs的快速前处理与同时在线测定。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳基吸附材料的制备方法及其应用，在制备时采用阶梯式升温碳化的方法，碳化率高、漏损少、活性位点多、无二次污染，吸附脱吸行程短、吸脱速度快，可以反复利用数次，非常适合用于样品前处理的分散固相萃取材料。将其应用在高通量多组分同时在线测定，可以同时在线高通量检测22种多组分多环芳烃，灵敏度高、检出限低、线性范围宽、同时在线测定、批量样品检测。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一方面，本发明提供一种碳基吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备酚醛树脂基碳球；

(2)将步骤(1)所得酚醛树脂碳球羧基化，得羧基化酚醛树脂碳球；

(3)制备聚苯胺管；

(4)将步骤(2)所得羧基化酚醛树脂碳球和步骤(3)所得聚苯胺管共混，得聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料。

本发明中，步骤(1)、(2)和步骤(3)并不存在发生顺序的限制，也就是说，本发明保护的范围包括按照步骤(1)(2)(3)(4)进行和按照步骤(3)(1)(2)(4)进行。

优选地，步骤(1)中，所述酚醛树脂基碳球的粒径为350-420nm。粒径范围“350-420nm”包括350nm和420nm，以及二者之间的任意实数，例如351nm、385nm、401.5nm、415.55nm等。

优选地，步骤(1)采用酚醛树脂模板法制备。

具体为：

a、将氨水与无水乙醇溶于纯水中，室温条件下混合搅拌；

b、加入苯酚和间苯二酚，室温条件下混合溶解，搅拌；加入甲醛，得混合溶液；

c、将上述混合溶液加热，冷却，抽滤得反应产物，洗涤，分离，干燥，得酚醛树脂微球；

d、以酚酸树脂为碳源，阶梯式升温，得酚醛树脂基碳球。

优选地，步骤a中，所述搅拌的时间为20-30min。时间范围“20-30min”包括20min和30min，以及二者之间的任意数值，例如20.5min、21min、25min nm、26min等。

优选地，步骤b中，所述苯酚和间苯二酚的摩尔比1:1-1.5。比值“1:1-1.5”包括1:1和1:1.5，以及二者之间的任意数值，例如1:1.1、1:1.11、1:1.111、1:1.2、1:1.3、1:1.4等。

优选地，步骤b中，所述搅拌的时间为20min-30min。

优选地，步骤b中，所述甲醛为37％甲醛。

优选地，步骤b中，所述苯酚和间苯二酚的总质量和甲醛的体积比为0.2-0.4：0.28-0.56(g：mL)。

优选地，步骤b中，加入甲醛后，还需25-30℃恒温水浴20-24h。温度范围“25-30℃”包括25℃和30℃，以及二者之间的任意数值，例如26℃、26.5℃27℃、28℃、29℃等。

优选地，步骤c中，所述加热的方式为放入水热反应釜中100-150℃2-4h。

优选地，步骤c中，所述抽滤的方式包括但不限于用G3或G4玻璃砂芯漏斗抽滤。

优选地，步骤c中，所述洗涤的方式为反复水洗和醇洗。

优选地，步骤c中，所述分离的方式为离心分离。

优选地，步骤c中，所述干燥的温度为80-150℃，进一步优选为100℃。

优选地，步骤d中，所述阶梯式升温具体为：将酚醛树脂微球150～200℃先热处理交联固化，进一步置于高温管式炉中氮气保护条件下700～1000℃高温煅烧2～4h，即得酚醛树脂基碳球。缓慢梯度升温，无氧热压成型的方法，使PFC/CS碳化率高。

优选地，步骤(2)采用物理浸泡法实现羧基化。

具体为：将步骤(1)所得酚醛树脂碳球分散在含有氢氧化钠和氯乙酸的溶液中，洗涤、分离，得羧基化酚醛树脂碳球。洗涤分离的目的是除去残余的盐和氢氧化钠，羧基化过程可以增加碳球表面的活性位点，有利于下一步材料的复合。

优选地，所述分散的方式为超声分散。

优选地，所述氢氧化钠和氯乙酸的质量比为1-1.4：0.8-1.2。

优选地，所述洗涤的方式为反复水洗和醇洗。

优选地，所述分离的方式为离心分离。

优选地，步骤(3)中所述聚苯胺管直径120-140nm

优选地，步骤(3)采用原位电化学聚合法制备聚苯胺管。

具体为：采用三电极体系，以玻璃碳电极为工作电极，铂丝为对电极，银/氯化银为参比电极，工作电解液为含有苯胺和硫酸的水溶液，进行聚合，聚合完成后洗涤玻璃碳电极，干燥获得聚苯胺管状固体。

优选地，所述苯胺和硫酸的摩尔质量比为1:10-12。

优选地，所述聚合的条件为：工作负电压为-0.20～-0.10V，工作正电压为0.80～1.0V恒电位，工作电流为360-480s，扫描速度为50mV s^-1，扫描温度为25℃～30℃。

优选地，所述洗涤为超声水洗和醇洗至少三次。

优选地，所述干燥的温度为80-150℃，进一步优选为100℃。

优选地，所述步骤(4)采用原位高比率浸渍法。

具体为：将步骤(3)所得聚苯胺管在乙醇水溶液中分散得混合液1，步骤(2)所得碳球在羧基乙酸钠中分散得混合液2，将混合液1和混合液2混合、搅拌，产物过滤，洗涤，分离，干燥，即得聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料(PANI/PFC/CS)。

经过物理共混后，羧基化后增强了键合力，更多丰富的官能团有助于快速物理吸附和脱附。

优选地，所述乙醇水溶液的体积分数为10-50％，进一步优选为20-40％。

优选地，所述搅拌的时间为3-6h。

优选地，所述洗涤的方式为反复水洗和醇洗。

优选地，所述分离的方式为离心分离。

优选地，所述干燥的温度为80-150℃，进一步优选为100℃。

另一方面，本发明提供上述制备方法制备的碳基吸附材料。

再一方面，本发明提供上述碳基吸附材料在检测药食同源类香辛料中多环芳烃的应用。

优选地，所述香辛料为果实类香辛料、皮类香辛料、叶类香辛料和花类香辛料中的至少一种。

进一步优选地，所述果实类香辛料为八角、辣椒、草果、母丁香中的至少一种；所述皮类香辛料为桂皮、花椒中的任一种；所述叶类香辛料为月桂叶；所述花类香辛料为公丁香。

优选地，所述多环芳烃为萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈(艹屈)、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、5-甲基屈(艹屈)、苯并[c]芴、二苯并[a,l]芘和环戊烯[c,d]芘。

最后，本发明提供一种高通量同时在线检测多组分多环芳烃的方法，用液相色谱法进行测定，包括以下步骤：

(1)将待测样品进行提取得上清液，然后将上清液用上述碳基吸附材料净化，得待测试样溶液；

(2)配置多环芳烃标准溶液；

(3)绘制标准曲线；

(4)将待测试样溶液分别进样，测试得到相应峰面积，根据标准曲线计算得到不同品种样品的多环芳烃的质量浓度。

优选地，色谱条件为：

色谱柱：PAHs-C₁₈色谱柱，规格4.6mm×25cm，5μm。

流动相A为乙腈，流动相B为水；

梯度洗脱程序为：0→5min，90％A，10％B；5→20min，90％A→60％A，10％B→40％B；20→25min，60％A→0％A，40％B→100％B；25→30min，0％A→60％A，100％B→40％B；

流速：2.2mL/min；

进样体积：10μL；

柱温：30℃；

紫外检测器波长：225nm；

荧光检测器波长(激发波长Ex和发射波长Em)：0～10min，Ex＝280nm，Em＝340nm；10～15min，Ex＝270nm，Em＝420nm；15～16.8min，Ex＝235nm，Em＝355nm；16.8～17.5min，Ex＝270nm，Em＝420nm；17.5～19min，Ex＝270nm，Em＝370nm；19～25min，Ex＝270nm，Em＝420nm；25～26min，Ex＝290nm，Em＝500nm；26～30min，Ex＝280nm，Em＝470nm。

由于苊烯、环戊烯[c,d]芘和苯并[j]荧蒽荧光响应值低，因此采用紫外检测器进行测定，其余均采用荧光检测器进行检测。在定量分析批量样品之前，注入空白溶剂乙腈以确保系统没有污染物或干扰峰。

优选地，步骤(1)中，所述萃取的步骤为：称取均质样品，加入纯水，充分浸泡，加入乙腈振荡提取20-30min，超声提取20-30min，一次性加入氯化钠、乙酸钠和无水硫酸镁，震荡，离心，得上清液。

进一步优选地，所述氯化钠、乙酸钠和无水硫酸镁的质量比为1:1:2-6。

进一步优选地，所述震荡时间0.5-5min，更进一步优选为1-2min。

进一步优选地，所述离心的转速为3000-8000r/min，时间为3-15min，更进一步优选地，所述离心的转速为4000-6000r/min，时间为5-10min。

转速范围“3000-8000r/min”包括3000r/min和8000r/min，以及二者之间的任意数值，例如4000r/min、5000r/min、6735r/min、7500r/min等。

优选地，步骤(1)中，所述净化的步骤为：准确移取所述上清液，加入无水硫酸镁除水剂和上述碳基吸附材料于微型离心管中，分散并脱色净化，离心，吸取上清液过微孔滤膜后得待测试样溶液。

进一步优选地，所述无水硫酸镁除水剂和上述碳基吸附材料的质量比3:1～10:1。

进一步优选地，所述分散的方式为剧烈涡旋0.5-5min，更进一步优选为1-2min。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种碳基吸附材料，绿色环保、简单快捷、可替代活性炭、碳粉、石墨化炭黑、PSA和C₁₈等传统吸附材料，本发明所制得的聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料采用阶梯式升温碳化的方法，碳化率高、漏损少、活性位点多、无二次污染，吸附脱吸行程短、吸脱速度快，可以反复利用数次，非常适合用于样品前处理的分散固相萃取材料。

(2)本发明还提供了一种高通量多组分同时在线测定方法，可以同时在线高通量检测22种多组分多环芳烃，灵敏度高、检出限低、线性范围宽、同时能实现在线测定、批量样品检测。

附图说明

图1为本发明制备的羧基化酚醛树脂基碳球PFC/CS的扫描电镜图；

图2为本发明制备的聚苯胺管PANI的扫描电镜图；

图3为本发明制备的聚苯胺/酚醛树脂基碳球PANI/PFC/CS的扫描电镜图；

图4为1.0μg/mL混合标准溶液的液相色谱图；1-24号组分分别为：1.萘；2.1-氟萘；3.苊烯；4.苊；5.芴；6.菲；7.10-氟联苯；8.蒽；9.荧蒽；10.芘；11.苯并[c]芴；12.环戊烯[c,d]芘；13.苯并[a]蒽；14.屈(艹屈)；15.5-甲基屈(艹屈)；16.苯并[j]荧蒽；17.苯并[e]芘；18.苯并[b]荧蒽；19.苯并[k]荧蒽；20.苯并[a]芘；21.二苯并[a,l]芘；22.二苯并[a,h]蒽；23.苯并[g,h,i]苝；24.茚并[1,2,3-cd]芘；

图5为不同前处理条件下八角的DAD检测器液相色谱图；

图6为不同前处理条件下八角的FLD检测器液相色谱图；

图7为不同前处理条件下花椒的DAD检测器液相色谱图；

图8为不同前处理条件下花椒的FLD检测器液相色谱图；

图9为不同前处理条件下月桂叶的DAD检测器液相色谱图；

图10为不同前处理条件下月桂叶的FLD检测器液相色谱图；

图11为不同前处理条件下公丁香的DAD检测器液相色谱图；

图12为不同前处理条件下公丁香的FLD检测器液相色谱图；

其中，图5-12中，处理条件分别为：1-PSA+C₁₈固相萃取法，2-PSA固相萃取法，3-羧基碳球固相萃取法，4-C₁₈固相萃取法，5-本法萃取包。

具体实施方式

以下非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述内容仅仅是对本申请要求保护的范围的示例性说明，本领域技术人员可以根据所公开的内容对本申请的发明作出多种改变和修饰，而其也应当属于本申请要求保护的范围之中。

下面以具体实施例的方式对本发明作进一步的说明。本发明实施例中所使用的各种化学试剂如无特殊说明均通过常规商业途径获得。

本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-2、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

本文中的术语“左右”“大约”均是指在某数值的增减3％范围内，例如“100左右”是指97-103。

本发明中，PSA为乙二胺-N-丙基硅烷化硅胶：40-60μm。

C₁₈为十八烷基硅烷键合硅胶：40-60μm。

PFC/CS为羧基化酚醛树脂基碳球。

PANI/PFC/CS为聚苯胺/酚醛树脂基碳球。

一、聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料(PANI/PFC/CS)的制备

实施例1

(1)酚醛树脂基碳球的制备：

将0.1mL 25％氨水与8.0mL无水乙醇溶于20mL纯水中，室温条件下混合并搅拌20min；加入0.2g苯酚和间苯二酚混合物(摩尔比1:1)，室温条件下混合、溶解并搅拌20min；加入0.28mL 37％甲醛，25℃恒温水浴20h。将上述溶液放入水热反应釜中100℃2h并自然冷却至室温；反应产物用G3或G4玻璃砂芯漏斗抽滤后，反复水洗和醇洗，最后离心分离，100℃干燥，即得酚醛树脂微球PFC。以酚酸树脂为碳源，阶梯式升温，使碳化率高。方法为：将酚醛树脂微球150℃先热处理交联固化，进一步置于高温管式炉中氮气保护条件下700℃高温煅烧2h，即得酚醛树脂基碳球PFC/CS，粒径分布在350-420nm。

(2)羧基化酚醛树脂基碳球PFC/CS：

制备好的酚醛树脂基碳球置于50mL含有1.0g氢氧化钠和0.8g氯乙酸溶液中，超声分散1.0h，继而水洗和醇洗交替洗涤并离心分离，以除去残余的盐和氢氧化钠，得到羧基化的碳球，羧基化过程可以增加碳球表面的活性位点，有利于下一步材料的复合。

(3)聚苯胺/酚醛树脂基碳球PANI/PFC/CS的制备：

将步骤1聚苯胺管在20％乙醇水溶液中超声分散均匀，步骤2碳球在羧基乙酸钠中分散均匀，两者混合后室温磁力搅拌3h，产物用G3或G4玻璃砂芯漏斗抽滤后，反复水洗和醇洗，离心分离，100℃干燥，即得聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料。

实施例2

(1)酚醛树脂基碳球的制备：

将0.2mL 28％氨水与16.0mL无水乙醇溶于40mL纯水中，室温条件下混合并搅拌30min；加入0.4g苯酚和间苯二酚混合物(摩尔比1:1.5)，室温条件下混合、溶解并搅拌30min；加入0.56mL 37％甲醛，30℃恒温水浴24h。将上述溶液放入水热反应釜中150℃4h并自然冷却至室温；反应产物用G3或G4玻璃砂芯漏斗抽滤后，反复水洗和醇洗，最后离心分离，100℃干燥，即得酚醛树脂微球PFC。以酚酸树脂为碳源，阶梯式升温，使碳化率高。方法为：将酚醛树脂微球200℃先热处理交联固化，进一步置于高温管式炉中氮气保护条件下1000℃高温煅烧4h，即得酚醛树脂基碳球PFC/CS，粒径分布在350-420nm。

(2)羧基化酚醛树脂基碳球PFC/CS：

制备好的酚醛树脂基碳球置于50mL含有1.4g氢氧化钠和1.2g氯乙酸溶液中，超声分散1.5h，继而水洗和醇洗交替洗涤并离心分离，以除去残余的盐和氢氧化钠，得到羧基化的碳球，羧基化过程可以增加碳球表面的活性位点，有利于下一步材料的复合。

(3)聚苯胺/酚醛树脂基碳球PANI/PFC/CS的制备：将步骤1聚苯胺管在40％乙醇水溶液中超声分散均匀，步骤2碳球在羧基乙酸钠中分散均匀，两者混合后室温磁力搅拌6h，产物用G3或G4玻璃砂芯漏斗抽滤后，反复水洗和醇洗，离心分离，100℃干燥，即得聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料。

二、多环芳烃检测

检测例1

在线测定仪器参数：

PAHs-C₁₈专用色谱柱，规格4.6mm×25cm，5μm。流动相A为乙腈，流动相B为水，梯度洗脱程序为：0→5min，90％A，10％B；5→20min，90％A→60％A，10％B→40％B；20→25min，60％A→0％A，40％B→100％B；25→30min，0％A→60％A，100％B→40％B。流速为2.2mL/min。进样体积为10μL。柱温为30℃。紫外检测器波长设置为225nm，荧光检测器波长(激发波长Ex和发射波长Em)设置为0～10min，Ex＝280nm，Em＝340nm；10～15min，Ex＝270nm，Em＝420nm；15～16.8min，Ex＝235nm，Em＝355nm；16.8～17.5min，Ex＝270nm，Em＝420nm；17.5～19min，Ex＝270nm，Em＝370nm；19～25min，Ex＝270nm，Em＝420nm；25～26min，Ex＝290nm，Em＝500nm；26～30min，Ex＝280nm，Em＝470nm。由于苊烯、环戊烯[c,d]芘和苯并[j]荧蒽荧光响应值低，因此采用紫外检测器进行测定，其余均采用荧光检测器进行检测。在定量分析批量样品之前，注入空白溶剂乙腈以确保系统没有污染物或干扰峰。

22PAHs目标组分分别为：萘，苊烯，苊，芴，菲，蒽，荧蒽，芘，苯并[a]蒽，屈(艹屈)，苯并[b]荧蒽，苯并[k]荧蒽，苯并[a]芘，茚并[1,2,3-cd]芘，二苯并[a,h]蒽，苯并[g,h,i]苝，苯并[j]荧蒽，苯并[e]芘，5-甲基屈(艹屈)，苯并[c]芴，二苯并[a,l]芘，环戊烯[c,d]芘。

2种替代指示物分别为：1-氟萘和10-氟联苯。

其余3种高环类PAHs：二苯并[a,i]芘在本测试条件下于21.699min处出峰，但是荧光响应度低且与苯并[a]芘峰形分离度差；二苯并[a,e]芘和二苯并[a,h]芘在本测试条件下出峰靠后、峰形差、展峰宽且响应度和灵敏度较低，综合考虑后舍弃。

样品制备

称取适量香辛料样品，将其切片、研磨并粉碎，制成粉末状，过0.5mm样品筛，保证粒径均匀，混匀后四分法均质，标号并储于样品瓶中，于-20～-18℃条件下密封保存。

样品前处理

1.萃取

准确称取2.5g均质样品，加入8mL纯水，用涡旋混合器混匀1.5min，充分浸泡35min后，加入15.0mL乙腈振荡提取25min，超声提取25min，一次性加入1.5g氯化钠、1.5g乙酸钠和6.0g无水硫酸镁(质量比1:1:4)，震荡1min，5000r/min离心8min，上清液待净化。

2.净化

上述溶液中准确移取1.5mL，加入0.18g无水硫酸镁除水剂和0.03gPANI/PFC/CS吸附剂(来自实施例1)于微型离心管中，剧烈涡旋1.5min，充分分散并脱色净化，5000r/min离心8min，吸取上清液过0.22μm微孔滤膜后供HPLC分析。

定量测定

1.标准溶液的配制

多环芳烃单一标准溶液购自上海安谱试剂有限公司(100μg/mL)，于-20℃下保存。

多环芳烃标准中间液(2.0μg/mL)：分别从每种单标移取20μL，并用乙腈定容至1mL，得到2.0μg/mL的混合标准溶液。

多环芳烃标准工作溶液：将多环芳烃标准中间液逐级稀释若干倍，得到系列浓度分别为0.1，0.5，1.0，5.0，10.0，100.0，200.0，500.0和1000.0ng/mL的混合标准溶液，临用前配制。

2.标准曲线的绘制

按照已知液相色谱条件调整仪器，将乙腈空白溶液和0.1～1000.0ng/mL系列标准溶液分别进样，测得不同浓度下相应的峰面积，以标准溶液的质量浓度为横坐标、以测试得到的相应峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。

3.试样溶液的测定

将前处理后的待测试样溶液在最佳液相色谱条件下分别进样，以保留时间定性，经测试得到的相应峰面积，根据标准曲线计算得到不同品种样品的多环芳烃的质量浓度。当待测试样溶液的被测组分的响应值超出仪器检测的线性范围，应当稀释若干倍后重新测定，保证质量浓度在仪器检测的线性范围。

4.空白试验

在进行样品前处理与仪器测定的同时，应当进行空白试验。即不加待测试样，其余步骤均与含试样时的分析步骤完全相同的试验。

5.结果计算

计算公式：

其中，

X为试样中多环芳烃的含量，单位为微克每千克(μg/kg)，C为代入标准曲线获得的待测试液中某一种多环芳烃组分的浓度，单位为纳克每毫升(ng/mL)，V为试样待测液最终定容体积,单位为毫升(mL)，1000为单位转换倍数，m为试样质量，单位为克(g)，n为稀释倍数。

6.方法标准曲线、检出限、定量限、平均回收率和精密度：

针对24种多环芳烃及其替代物进行了分析检测的曲线范围为0.10-1000ng/mL，检出限(LOD)范围为0.02-0.15μg/kg，定量限(LOQ)范围为0.06-0.50μg/kg，相关系数(R²)为0.9996-0.9999。

在代表性样品中添加PAHs混合标准溶液，低、中、高三种添加量分别为5、10、50μg/kg，每样做平行测定，连续测定6次，计算得24种PAHs及其替代物的平均回收率在81.4％～95.1％之间，相对标准偏差RSD(％)在2.1％～6.2％之间。

具体结果见表1。

表1.22种多环芳烃和2种替代物的标准曲线、相关系数、检出限、定量限、方法回收率和精密度

7.实际样品测定

为考察方法适用性，按本法对市售4种不同类别的香辛料进行测定，样品包括八角(果实类)、花椒(皮类)、月桂叶(叶类)和公丁香(花类)，根据各PAHs的保留时间定性，峰面积定量，检测出八角样品中6种PAHs及其含量分别为：萘：205.51μg/kg；苊：355.15μg/kg；芴：21.68μg/kg；蒽：33.06μg/kg；荧蒽：207.91μg/kg；芘：5.90μg/kg；∑PAHs：829.22μg/kg。花椒样品中12种PAHs及其含量分别为：萘：211.37μg/kg；芴：41.96μg/kg；菲：205.10μg/kg；蒽：47.86μg/kg；荧蒽：204.71μg/kg；芘：41.53μg/kg；苯并[c]芴：20.14μg/kg；苯并[a]蒽：44.50μg/kg；屈：42.73μg/kg；苯并[e]芘：32.63μg/kg；苯并[k]荧蒽：18.63μg/kg；苯并[a]芘：17.76μg/kg；∑PAHs：928.91μg/kg。月桂叶样品中5种PAHs及其含量分别为：萘：98.83μg/kg；芴：11.27μg/kg；菲：23.16μg/kg；蒽：11.10μg/kg；芘：2.76μg/kg；∑PAHs：147.12μg/kg。公丁香样品中4种PAHs及其含量分别为：萘：159.41μg/kg；菲：26.54μg/kg；蒽：11.05μg/kg；芘：3.70μg/kg；∑PAHs：200.70μg/kg。

对比例1

PSA固相萃取法前处理：在样品萃取和净化步骤中，将净化步骤的吸附剂改为0.03g PSA进行样品的固相萃取，其他操作同检测例1。

方法平均回收率在72.1％～85.8％之间，相对标准偏差RSD(％)在4.5％～10.1％之间。

样品检测结果：检测出八角样品中6种PAHs及其含量分别为：萘：195.84μg/kg；苊：319.21μg/kg；芴：22.59μg/kg；蒽：32.91μg/kg；荧蒽：205.86μg/kg；芘：5.07μg/kg；∑PAHs：781.47μg/kg。花椒样品中12种PAHs及其含量分别为：萘：233.30μg/kg；芴：41.61μg/kg；菲：189.13μg/kg；蒽：47.50μg/kg；荧蒽：175.46μg/kg；芘：36.66μg/kg；苯并[c]芴：18.53μg/kg；苯并[a]蒽：37.02μg/kg；屈：35.20μg/kg；苯并[e]芘：30.05μg/kg；苯并[k]荧蒽：16.72μg/kg；苯并[a]芘：16.45μg/kg；∑PAHs：877.62μg/kg。月桂叶样品中5种PAHs及其含量分别为：萘：102.75μg/kg；芴：11.96μg/kg；菲：31.41μg/kg；蒽：11.56μg/kg；芘：2.34μg/kg；∑PAHs：160.02μg/kg。公丁香样品中4种PAHs及其含量分别为：萘：160.69μg/kg；菲：33.57μg/kg；蒽：11.34μg/kg；芘：3.52μg/kg；∑PAHs：209.12μg/kg。

对比例2

C₁₈固相萃取法前处理：在样品萃取和净化步骤中，将净化步骤的吸附剂改为0.03gC₁₈进行样品的固相萃取，其他操作同检测例1。

方法平均回收率在70.2％～87.3％之间，相对标准偏差RSD(％)在3.1％～9.7％之间。

样品检测结果：检测出八角样品中6种PAHs及其含量分别为：萘：193.74μg/kg；苊：312.29μg/kg；芴：21.13μg/kg；蒽：30.71μg/kg；荧蒽：198.54μg/kg；芘：4.97μg/kg；∑PAHs：761.38μg/kg。花椒样品中12种PAHs及其含量分别为：萘：189.96μg/kg；芴：39.53μg/kg；菲：186.16μg/kg；蒽：46.40μg/kg；荧蒽：173.63μg/kg；芘：35.47μg/kg；苯并[c]芴：18.49μg/kg；苯并[a]蒽：38.15μg/kg；屈：37.91μg/kg；苯并[e]芘：29.77μg/kg；苯并[k]荧蒽：16.40μg/kg；苯并[a]芘：17.85μg/kg；∑PAHs：829.69μg/kg。月桂叶样品中5种PAHs及其含量分别为：萘：105.62μg/kg；芴：12.38μg/kg；菲：26.81μg/kg；蒽：11.58μg/kg；芘：2.18μg/kg；∑PAHs：158.57μg/kg。公丁香样品中4种PAHs及其含量分别为：萘：156.80μg/kg；菲：27.76μg/kg；蒽：11.13μg/kg；芘：2.91μg/kg；∑PAHs：198.59μg/kg。

对比例3

PSA+C₁₈混合固相萃取法前处理：在样品萃取和净化步骤中，将净化步骤的吸附剂改为0.015g PSA和0.015g C₁₈的混合物(m:m 1:1)进行样品的固相萃取，其他操作同检测例1。

方法平均回收率在75.4％～90.6％之间，相对标准偏差RSD(％)在1.9％～7.5％之间。

样品检测结果：检测出八角样品中6种PAHs及其含量分别为：萘：199.75μg/kg；苊：322.79μg/kg；芴：21.89μg/kg；蒽：31.24μg/kg；荧蒽：210.66μg/kg；芘：5.51μg/kg；∑PAHs：791.83μg/kg。花椒样品中12种PAHs及其含量分别为：萘：173.51μg/kg；芴：40.43μg/kg；菲：195.49μg/kg；蒽：49.45μg/kg；荧蒽：186.66μg/kg；芘：40.38μg/kg；苯并[c]芴：20.02μg/kg；苯并[a]蒽：41.82μg/kg；屈：42.42μg/kg；苯并[e]芘：30.84μg/kg；苯并[k]荧蒽：17.79μg/kg；苯并[a]芘：20.55μg/kg；∑PAHs：859.34μg/kg。月桂叶样品中4种PAHs及其含量分别为：萘：91.01μg/kg；芴：11.20μg/kg；菲：37.22μg/kg；蒽：13.19μg/kg；芘：2.57μg/kg；∑PAHs：155.19μg/kg。公丁香样品中4种PAHs及其含量分别为：萘：156.54μg/kg；菲：23.83μg/kg；蒽：10.88μg/kg；芘：3.69μg/kg；∑PAHs：194.94μg/kg。

对比例4

羧基碳球固相萃取法前处理：在样品萃取和净化步骤中，将净化步骤的吸附剂改为0.03g羧基化碳球进行样品的固相萃取，其他操作同检测例1。

方法平均回收率在75.7％～87.6％之间，相对标准偏差RSD(％)在2.9％～8.7％之间。

样品检测结果：检测出八角样品中6种PAHs及其含量分别为：萘：202.89μg/kg；苊：351.94μg/kg；芴：18.35μg/kg；蒽：31.45μg/kg；荧蒽：201.34μg/kg；芘：3.54μg/kg；∑PAHs：809.51μg/kg。花椒样品中12种PAHs及其含量分别为：萘：237.21μg/kg；芴：37.86μg/kg；菲：232.42μg/kg；蒽：49.42μg/kg；荧蒽：188.49μg/kg；芘：40.77μg/kg；苯并[c]芴：20.38μg/kg；苯并[a]蒽：43.94μg/kg；屈：41.96μg/kg；苯并[e]芘：31.61μg/kg；苯并[k]荧蒽：18.63μg/kg；苯并[a]芘：18.11μg/kg；∑PAHs：960.81μg/kg。月桂叶样品中5种PAHs及其含量分别为：萘：91.52μg/kg；芴：11.98μg/kg；菲：13.69μg/kg；蒽：11.21μg/kg；芘：2.74μg/kg；∑PAHs：131.14μg/kg。公丁香样品中4种PAHs及其含量分别为：萘：184.73μg/kg；菲：35.06μg/kg；蒽：11.01μg/kg；芘：2.89μg/kg；∑PAHs：233.69μg/kg。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种碳基吸附材料在检测药食同源类香辛料中多环芳烃的应用，其特征在于，所述香辛料为果实类香辛料、皮类香辛料、叶类香辛料和花类香辛料中的至少一种；

所述碳基吸附材料的制备方法包括以下步骤：

（1）制备酚醛树脂基碳球；

（2）将步骤（1）所得酚醛树脂碳球羧基化，得羧基化酚醛树脂碳球；

（3）制备聚苯胺管；

（4）将步骤（2）所得羧基化酚醛树脂碳球和步骤（3）所得聚苯胺管共混，得聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（1）中，所述酚醛树脂基碳球的粒径为350-420nm。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（1）采用酚醛树脂模板法制备，具体为：

a、将氨水与无水乙醇溶于纯水中，室温条件下混合搅拌；所述搅拌的时间为20-30min；

b、加入苯酚和间苯二酚，室温条件下混合溶解，搅拌；加入甲醛，得混合溶液；所述搅拌的时间为20 min-30 min；所述苯酚和间苯二酚的摩尔比1:1-1.5；所述苯酚和间苯二酚的总质量和甲醛的体积比为0.2-0.4g：0.28-0.56mL；

d、以酚酸树脂为碳源，阶梯式升温，得酚醛树脂基碳球，所述阶梯式升温具体为：将酚醛树脂微球150-200℃先热处理交联固化，进一步置于高温管式炉中氮气保护条件下700-1000℃高温煅烧2-4 h，即得酚醛树脂基碳球。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（2）采用物理浸泡法实现羧基化，具体为：

将步骤（1）所得酚醛树脂碳球分散在含有氢氧化钠和氯乙酸的溶液中，洗涤、分离，得羧基化酚醛树脂碳球，所述氢氧化钠和氯乙酸的质量比为1-1.4：0.8-1.2。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（3）中所述聚苯胺管直径120-140 nm；步骤（3）采用原位电化学聚合法制备聚苯胺管，具体为：

采用三电极体系，以玻璃碳电极为工作电极，铂丝为对电极，银/氯化银为参比电极，工作电解液为含有苯胺和硫酸的水溶液，进行聚合，聚合完成后洗涤玻璃碳电极，干燥获得聚苯胺管状固体，所述苯胺和硫酸的摩尔质量比为1:10-12；所述聚合的条件为：工作负电压为-0.20~ -0.10V，工作正电压为0.80-1.0V恒电位，工作电流为360-480 s，扫描速度为50mV s^-1，扫描温度为25°C~30°C。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤（4）采用原位高比率浸渍法，具体为：

将步骤（3）所得聚苯胺管在乙醇水溶液中分散得混合液1，步骤（2）所得碳球在羧基乙酸钠中分散得混合液2，将混合液1和混合液2混合、搅拌，产物过滤，洗涤，分离，干燥，即得聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料PANI/PFC/CS；所述搅拌的时间为3-6h。

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述果实类香辛料为八角、辣椒、草果、母丁香中的至少一种；所述皮类香辛料为桂皮、花椒中的任一种；所述叶类香辛料为月桂叶；所述花类香辛料为公丁香，

所述多环芳烃为萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、5-甲基屈、苯并[c]芴、二苯并[a,l]芘和环戊烯[c,d]芘。

8.一种高通量同时在线检测多组分多环芳烃的方法，其特征在于，用液相色谱法进行测定，包括以下步骤：

（1）将待测样品进行提取得上清液，然后将上清液用碳基吸附材料净化，得待测试样溶液；

（2）配置多环芳烃标准溶液；

（3）绘制标准曲线；

（4）将待测试样溶液分别进样，测试得到相应峰面积，根据标准曲线计算得到不同品种样品的多环芳烃的质量浓度，

色谱条件为：

色谱柱：PAHs-C18色谱柱，规格4.6 mm×25 cm，5μm；

流动相A为乙腈，流动相B为水；

梯度洗脱程序为：0→5 min，90% A，10% B；5→20 min，90% A→60% A，10% B→40% B；20→25 min，60% A→0% A，40% B→100% B；25→30 min，0% A→60% A，100% B→40% B；

流速：2.2 mL/min；

进样体积：10μL；

柱温：30℃；

紫外检测器波长：225 nm；

荧光检测器波长，激发波长Ex和发射波长Em：0~10 min，Ex = 280 nm，Em = 340 nm；10~15 min，Ex = 270 nm，Em = 420 nm；15~16.8 min，Ex = 235 nm，Em = 355 nm；16.8~17.5min，Ex = 270 nm，Em = 420 nm；17.5~19 min，Ex = 270 nm，Em = 370 nm；19~25 min，Ex= 270 nm，Em = 420 nm；25~26 min，Ex = 290 nm，Em = 500 nm；26~30 min，Ex = 280 nm，Em = 470 nm；

其中，步骤（1）中所述碳基吸附材料为权利要求1-7中任意一项应用中所述的聚苯胺/酚醛树脂基碳球复合材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述提取的步骤为：称取均质样品，加入纯水，充分浸泡，加入乙腈振荡提取20-30 min，超声提取20-30 min，一次性加入氯化钠、乙酸钠和无水硫酸镁，震荡0.5-5min，在转速为3000-8000 r/min、时间为3-15min的条件下离心，得上清液；其中，所述氯化钠、乙酸钠和无水硫酸镁的质量比为1:1:2-6；

步骤（1）中，所述净化的步骤为：准确移取所述上清液，加入无水硫酸镁除水剂和所述碳基吸附材料于微型离心管中，剧烈涡旋0.5-5min并脱色净化，在转速为3000-8000 r/min、时间为3-15min的条件下离心，吸取上清液过微孔滤膜后得待测试样溶液；其中，所述无水硫酸镁除水剂和所述碳基吸附材料的质量比3:1-10:1。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述提取的步骤中，一次性加入氯化钠、乙酸钠和无水硫酸镁之后，震荡时间为1-2min。

11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述提取的步骤中，一次性加入氯化钠、乙酸钠和无水硫酸镁并震荡之后，离心的条件为：转速为4000-6000 r/min，时间为5-10min。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述净化的步骤中，所述剧烈涡旋的时间为1-2 min。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述净化的步骤中，所述脱色净化之后离心的条件为：转速为4000-6000 r/min，时间为5-10 min。