ICP—OES檢測茶葉及其浸出物中微量元素的研究

茶葉是當今世界上三大飲料（可可、咖啡、茶葉）中的保健飲料之一，也是一種良好的中藥。茶葉含有多種化學成分，如氨基酸、咖啡堿、維生素、蛋白質、單寧芳香族化合物、礦物質、碳水化合物等[1]。但微量元素過量攝入也會對人體產生不良影響，有些需要量很少的元素攝入過多甚至易產生毒性作用[2]。宜昌是湖北省的主要茶產區，茶葉是宜昌市重點發展的農業六大特色產業之一[3]。本文就宜昌產綠茶、紅茶、黑茶中所含的微量元素及其浸出物規律進行了研究。消化方式采用加硝酸，用微波消解茶樣，ICP-OES檢測消化液及浸泡后的茶液；采用測定回收率和管理樣的辦法，保證了所測數據的準確性，得到較為準確的實驗結果。

1 實驗部分

1.1 實驗原理 ICP-OES（電感耦等離子體原子發射光譜儀）分析是以射頻發生器提供的高頻能量加到感應耦合線圈上，并將等離子炬管置于該線圈中心，因而在炬管中產生高頻電磁場，用微電火花引燃，使通入炬管中的氬氣電離，產生電子和離子而導電，導電的氣體受高頻電磁場作用，形成與耦合線圈同心的渦流區，強大的電流產生的高熱，從而形成火炬形狀的并可以自持的等離子體，由于高頻電流的趨膚效應及內管載氣的作用，使等離子體呈環狀結構。樣品由載氣（氬）帶入霧化系統進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣氛中被充分蒸發、原子化、電離和激發，發射出所含元素的特征譜線，根據特征譜線強度確定樣品中相應元素的含量。

微波消解作為一種新的樣品分解技術，具有速度快，污染少，應用范圍廣等特點[4]，已成為國家食品強制檢測標準中的前處理方法之一。食品中的微量元素一般采用分光光度法或原子吸收光譜法[5-7]，ICP-OES法作為近年來發展迅速的分析方法，具有分析速度快、線性范圍寬、靈敏度高、穩定性好、基體效應小、分析速度快以及多元素同時測定等優點，被廣泛應用于各個領域[8-9]，已成為目前較普遍的檢測方法。

1.2 儀器與主要試劑 Optima 8000型電感耦合等離子體發射光譜儀（美國帕金埃爾默公司）；Mars6微波消解儀（美國CEM公司）；GWA-UP型超純水系統（北京普析通用儀器公司）；AL204型電子天平（美國梅特勒托利多公司）。

硝酸（優級純，CNW公司）；超純水（電阻率為18.2MΩ·cm）。

鐵、錳、銅、鋅、鉀、鈉、鈣、鎂、鋁標準溶液，1000mg/L，購自中國計量科學院和國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.3 試驗方法 樣品用粉碎機磨碎，過60目篩。稱樣0.5g，置于微波消解密閉罐中，加入8mL硝酸，塞緊內塞，置于微波消解儀中，按照下列升溫消解程序進行樣品消解：（1）升溫：室溫→180℃，18min；（2）保持時間：20min；（3）冷卻：180℃→70℃，18min。待消解完畢，將消解罐置于電熱板上150℃趕酸，至溶液剩至約0.5～1mL，取下冷卻，多次用水沖洗罐壁，轉移至50mL容量瓶，定容。同時做試劑空白。

1.4 檢測與分析方法

1.4.1 工作條件 ICP-OES工作測量條件如下：RF功率1300W；光源穩定延遲15s；霧化器流量0.55L/min；輔助氣流量0.2L/min；等離子氣流量15L/min；溶液提升量1.5ml/min；樣品沖洗時間：30s；泵穩定時間：5s；積分時間1～5s；積分方式：峰面積；觀測距離：15.0mm；重復次數：3次。分析譜線及觀測方式見表1。

1.4.2 線性關系考察 根據樣品含量，用1%硝酸逐級稀釋各標準溶液，配成鐵、錳、銅、鋅、鉀、鈉、鈣、鎂、鋁混合標準曲線，曲線濃度范圍、線性回歸方程及相關系數及見表2。

1.4.3 方法的檢測限及定量限 在儀器最佳條件下，連續測定試劑空白20次，根據20次空白值的標準偏差的3倍除以標準曲線的斜率計算出檢出限，以20次空白值的標準偏差的10倍除以標準曲線的斜率計算出檢定量限。各元素的檢出限和定量限見表3。

2 結果與分析

2.1 茶葉樣品測定結果 選取宜昌產綠茶、紅茶、黑茶各1種，按儀器工作條件，對茶葉樣品進行測定（n=6），結果及相對標準偏差（RSD%）見表4。取其中一種茶樣（綠茶）加入標準溶液進行回收試驗，回收率試驗見表5。為確保結果的準確性，采用國家標準物質綠茶（GBW10052）進行對照，但由于此標準物質的證書里沒有給出的含量，只能通過檢測另一種國家標準物質湖南大米（GBW10045）作為參考，標準物質檢測結果檢測值見表6。試驗結果表明，不同種茶葉品種之間所含微量元素有一定差異。用微波消解法進行前處理，ICP-OES檢測結果的準確性、精密度都比較理想，而且節省試劑，一次能檢測多個指標，縮短了檢測周期，大大地提高了工作效率。

2.2 茶葉浸出物的測定結果 大量的研究表明，茶湯浸出和溶出動態的主要影響因素為浸泡次數、浸泡時間、浸泡水溫和微量元素存在形態[10]。按照通常的飲茶習慣，將茶葉量與沖泡水的重量比定為1∶10[11]。稱取3.0g茶樣于茶杯中，用30ml沸水沖泡，浸泡時間為10min。蓋上杯蓋，搖勻，濾出浸泡液，再倒入30ml沸水，浸泡10min，重復3次。浸泡完成后，將茶湯過濾，在茶葉浸泡液中滴入2滴濃硝酸，使茶湯酸度保持在l%左右，與配制的標準曲線酸度一致。將3次浸泡液導入儀器進行檢測，結果見表7～9。由表可見茶葉及其浸出物中含有豐富的鉀、鈣、鎂、錳等微量元素，但也含有大量的重金屬鋁，長時期過多攝入鋁，會使人神經系統出現混亂，進而對人的思維和大腦的記憶、思考等功能產生危害，情況嚴重時會引起癡呆[12]。GB2760-2014中規定，絕大部分食品中的鋁含量不得超過100mg/kg，而茶葉中鋁含量遠超這個限量。由于茶葉不直接食用，該標準沒有收錄，但從溶出率來看，3次浸泡的總量能達到25.1%～70.4%，含量較高，是否對人體健康產生一定危害，此問題值得有關部門在制定標準時候考慮。從浸出物中來看，各元素第1次浸泡溶出的量最多，溶出量隨著浸泡次數逐級減少，鉀和鈉幾乎全部被浸泡出來，鈣、鐵、銅的溶出率則相對較少。研究茶葉中的微量元素的浸出特性有助于進一步研究茶葉中元素的分布情況，并可為茶飲料的科學加工方法提供可靠的實驗依據。