ICP―OES检测茶叶及其浸出物中微量元素的研究

　　茶叶是当今世界上三大饮料（可可、咖啡、茶叶）中的保健饮料之一，也是一种良好的中药。茶叶含有多种化学成分，如氨基酸、咖啡碱、维生素、蛋白质、单宁芳香族化合物、矿物质、碳水化合物等[1]。但微量元素过量摄入也会对人体产生不良影响，有些需要量很少的元素摄入过多甚至易产生毒性作用[2]。宜昌是湖北省的主要茶产区，茶叶是宜昌市重点发展的农业六大特色产业之一[3]。本文就宜昌产绿茶、红茶、黑茶中所含的微量元素及其浸出物规律进行了研究。消化方式采用加硝酸，用微波消解茶样，ICP-OES检测消化液及浸泡后的茶液；采用测定回收率和管理样的办法，保证了所测数据的准确性，得到较为准确的实验结果。 
　　1 实验部分 
　　1.1 实验原理 ICP-OES（电感耦等离子体原子发射光谱仪）分析是以射频发生器提供的高频能量加到感应耦合线圈上，并将等离子炬管置于该线圈中心，因而在炬管中产生高频电磁场，用微电火花引燃，使通入炬管中的氩气电离，产生电子和离子而导电，导电的气体受高频电磁场作用，形成与耦合线圈同心的涡流区，强大的电流产生的高热，从而形成火炬形状的并可以自持的等离子体，由于高频电流的趋肤效应及内管载气的作用，使等离子体呈环状结构。样品由载气（氩）带入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体的轴向通道，在高温和惰性气氛中被充分蒸发、原子化、电离和激发，发射出所含元素的特征谱线，根据特征谱线强度确定样品中相应元素的含量。 
　　微波消解作为一种新的样品分解技术，具有速度快，污染少，应用范围广等特点[4]，已成为国家食品强制检测标准中的前处理方法之一。食品中的微量元素一般采用分光光度法或原子吸收光谱法[5-7]，ICP-OES法作为近年来发展迅速的分析方法，具有分析速度快、线性范围宽、灵敏度高、稳定性好、基体效应小、分析速度快以及多元素同时测定等优点，被广泛应用于各个领域[8-9]，已成为目前较普遍的检测方法。 
　　1.2 仪器与主要试剂 Optima 8000型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国帕金埃尔默公司）；Mars6微波消解仪（美国CEM公司）；GWA-UP型超纯水系统（北京普析通用仪器公司）；AL204型电子天平（美国梅特勒托利多公司）。 
　　硝酸（优级纯，CNW公司）；超纯水（电阻率为18.2MΩ/cm）。 
　　铁、锰、铜、锌、钾、钠、钙、镁、铝标准溶液，1000mg/L，购自中国计量科学院和国家有色金属及电子材料分析测试中心。 
　　1.3 试验方法 样品用粉碎机磨碎，过60目筛。称样0.5g，置于微波消解密闭罐中，加入8mL硝酸，塞紧内塞，置于微波消解仪中，按照下列升温消解程序进行样品消解：（1）升温：室温→180℃，18min；（2）保持时间：20min；（3）冷却：180℃→70℃，18min。待消解完毕，将消解罐置于电热板上150℃赶酸，至溶液剩至约0.5～1mL，取下冷却，多次用水冲洗罐壁，转移至50mL容量瓶，定容。同时做试剂空白。 
　　1.4 检测与分析方法 
　　1.4.1 工作条件 ICP-OES工作测量条件如下：RF功率1300W；光源稳定延迟15s；雾化器流量0.55L/min；辅助气流量0.2L/min；等离子气流量15L/min；溶液提升量1.5ml/min；样品冲洗时间：30s；泵稳定时间：5s；积分时间1～5s；积分方式：峰面积；观测距离：15.0mm；重复次数：3次。分析谱线及观测方式见表1。 
　　1.4.2 线性关系考察 根据样品含量，用1%硝酸逐级稀释各标准溶液，配成铁、锰、铜、锌、钾、钠、钙、镁、铝混合标准曲线，曲线浓度范围、线性回归方程及相关系数及见表2。 　　1.4.3 方法的检测限及定量限 在仪器最佳条件下，连续测定试剂空白20次，根据20次空白值的标准偏差的3倍除以标准曲线的斜率计算出检出限，以20次空白值的标准偏差的10倍除以标准曲线的斜率计算出检定量限。各元素的检出限和定量限见表3。 
　　2 结果与分析 
　　2.1 茶叶样品测定结果 选取宜昌产绿茶、红茶、黑茶各1种，按仪器工作条件，对茶叶样品进行测定（n=6），结果及相对标准偏差（RSD%）见表4。取其中一种茶样（绿茶）加入标准溶液进行回收试验，回收率试验见表5。为确保结果的准确性，采用国家标准物质绿茶（GBW10052）进行对照，但由于此标准物质的证书里没有给出的含量，只能通过检测另一种国家标准物质湖南大米（GBW10045）作为参考，标准物质检测结果检测值见表6。试验结果表明，不同种茶叶品种之间所含微量元素有一定差异。用微波消解法进行前处理，ICP-OES检测结果的密度都比较理想，而且节省试剂，一次能检测多个指标，缩短了检测周期，大大地提高了工作效率。 
　　2.2 茶叶浸出物的测定结果 大量的研究表明，茶汤浸出和溶出动态的主要影响因素为浸泡次数、浸泡时间、浸泡水温和微量元素存在形态[10]。按照通常的饮茶习惯，将茶叶量与冲泡水的重量比定为1∶10[11]。称取3.0g茶样于茶杯中，用30ml沸水冲泡，浸泡时间为10min。盖上杯盖，摇匀，滤出浸泡液，再倒入30ml沸水，浸泡10min，重复3次。浸泡完成后，将茶汤过滤，在茶叶浸泡液中滴入2滴浓硝酸，使茶汤酸度保持在l%左右，与配制的标准曲线酸度一致。将3次浸泡液导入仪器进行检测，结果见表7～9。由表可见茶叶及其浸出物中含有丰富的钾、钙、镁、锰等微量元素，但也含有大量的重金属铝，长时期过多摄入铝，会使人神经系统出现混乱，进而对人的思维和大脑的记忆、思考等功能产生危害，情况严重时会引起痴呆[12]。GB2760-2014中规定，绝大部分食品中的铝含量不得超过100mg/kg，而茶叶中铝含量远超这个限量。由于茶叶不直接食用，该标准没有收录，但从溶出率来看，3次浸泡的总量能达到25.1%～70.4%，含量较高，是否对人体健康产生一定危害，此问题值得有关部门在制定标准时候考虑。从浸出物中来看，各元素第1次浸泡溶出的量最多，溶出量随着浸泡次数逐级减少，钾和钠几乎全部被浸泡出来，钙、铁、铜的溶出率则相对较少。研究茶叶中的微量元素的浸出特性有助于进一步研究茶叶中元素的分布情况，并可为茶饮料的科学加工方法提供可靠的实验依据。