電感耦合等離子質譜法測定茶葉中的多種微量元素

(太湖縣環境監測站，太湖 246400)

目前，在中國乃至世界范圍內，茶葉的消費量在日益增加，飲茶的益處早已被公認，茶葉的保健作用是其他飲料無可比擬的。茶葉中富含多種人體必需的微量元素[1]，它們的攝入過量、不足或缺乏都會不同程度地引起人體生理的異常或發生疾病[2]。這些微量元素又分為必需微量元素、非必須微量元素和有害微量元素。大多數微量元素對人體具有重要作用，少數微量元素會危害人體健康[3]。太湖縣全縣氣候四季分明，具有北亞熱帶季風氣候特征，是全省茶葉生產重點縣。因此，準確測定太湖縣城區城西茶廠中微量元素的含量，對于評價該地區茶葉營養價值和安全性具有重要意義。

隨著科學技術的發展，微波消解技術作為一種較新的試樣消解技術，因其具有簡便快速高效、污染和損失少、消解完全徹底等特點，在微量元素檢測領域得到廣泛應用[4-7]。電感耦合等離子質譜法(ICP-MS)可同時測定環境樣品中多種微量元素，具有檢出限低、靈敏度高、線性范圍寬等優點[8，9]。本實驗用微波消解法處理茶葉樣品，采用電感耦合等離子質譜法(ICP-MS)測定茶葉樣品中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Fe、As等7種微量元素的含量和溶出率，并通過茶植土壤中這些微量元素的含量，旨在初步了解微量元素在茶葉中的含量與土壤中微量元素含量之間的關系。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶葉：太湖縣城西茶廠；濃硝酸(電子純)，北京化學試劑廠；Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Fe、As等元素標準儲備液，國家標準物質研究中心；實驗用水，超純水；實驗所用玻璃器皿均用15%硝酸浸泡過夜后用純水洗凈備用。

1.2 儀器

iCAP Q型電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)，美國賽默飛；Discover SP-D 10/35型微波消解儀，美國CEM公司；電子天平德國SARTOVIUS公司，儀器型號A200S；MiLLI-Q超純水器。

1.3 儀器條件(表1)

表1 ICP-MS儀器工作條件

目前常用的消除干擾的方法主要有3個類型: 標準模式( STD) 、反應模式( DRC) 、動能歧視(KED), 在STD模式下，52Cr、75As、57Fe 會受到較強的質譜干擾[6], 而本實驗采用KED 模式受到的質譜干擾較少。

1.4 標準系列溶液的配置

將各元素標準儲備液用體積分數2%硝酸逐級稀釋，配置成適用的多元素混合標準溶液。

1.5 樣品處理

1.5.1 茶葉消解

使用35mL玻璃罐，分別稱取粉碎混勻后茶葉樣品0.2g(精確到0.001g)，以及空白樣品0g，分別加入8mL UPS級濃硝酸，密封。從室溫10min勻速升溫到165℃，保溫15min，然后風冷降溫。微波消解完全，沒有固體存留，溶液呈淡草綠色。將消解后溶液轉入燒杯中，在200℃平板加熱器上趕酸至剩余約3mL液體。再轉入100mL容量瓶定容。按樣品處理步驟平行制備6份試劑空白，待ICP-MS測定。

1.5.2 茶植土壤消解

使用35mL聚四氟乙烯罐，分別稱取風干粉碎混勻后茶植土壤樣品0.1g(精確到0.001g)，以及空白樣品0g，分別加入6mL UPS級濃硝酸和1mL 優級純氫氟酸，密封。從室溫10min勻速升溫到200℃，保溫15min，然后風冷降溫。微波消解完全，沒有固體存留。將消解后溶液轉入聚四氟乙烯燒杯中，加入2mL 優級純高氯酸，在200℃平板加熱器上趕酸至剩余約2mL液體。再轉入100mL容量瓶定容。按樣品處理步驟平行制備6份試劑空白，待ICP-MS測定。

1.6 元素溶出率的測定

準確稱取茶葉2.0 g(精確到0.001g)，按照泡茶方法加 50 mL 煮沸的超純水，室溫下靜置10 min，過濾，濾液定容至 50 mL；測定溶液中元素的質量分數，并計算各種元素的溶出率為首次溶出率。

式中：ρ—茶湯中元素質量濃度，mg/L；

ω—茶葉中元素質量分數，mg/kg；

m—樣品的質量，g。

2 結果與分析

2.1 樣品消解條件優化

實驗采用不同的樣品消解條件消解茶葉及茶植土壤，消解結果如表2所示。

表2 樣品的消解條件

從表2中可以看出，茶葉樣品的最佳消解條件為165℃消解15min；茶植土壤的最佳消解條件為200℃消解15min。

2.2 工作曲線的線性關系及檢出限

各元素工作曲線線性相關性及檢出限見表3。通過工作曲線溶液測定結果繪制各元素的標準曲線，線性關系良好。

在選定的工作條件下，按實驗方法對硝酸空白溶液平行測定6次，取6次測定結果的3倍標準偏差作為各元素的檢出限。

表3 元素工作曲線線性相關性及檢出限

2. 3 茶葉樣品測定結果、精密度與加標回收率實驗

按實驗方法對茶葉樣品平行測定 6次，進行精密度實驗，測定結果見表4。

按實驗方法在茶葉樣品中加入Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Fe、As標準溶液，消解后測得各元素的加標回收率見表5。

表4 樣品精密度測定(n=6 )

表5 樣品的加標回收率測定

從表4、5可知，本方法測定的各元素的相對標準偏差在0.80%～2.2%之間，加標回收率在96.0%～104%之間，表明此方法的精密度與準確度較高，適用于茶葉樣品中微量元素的測定。

由測定結果可知，茶葉中Fe、Zn含量相對豐富，其中Fe元素含量最高(>150mg/kg)，其次Zn元素含量達到42.5 mg/kg，Cu 元素含量16.4mg/kg低于有機茶農業標準(NY5196—2002)中規定限值，Pb 元素含量1.36mg/kg低于《食品中污染物限量》(GB2762—2012)5.0mg/kg；元素Cr在由胰島素參與的糖或脂肪的代謝過程中，是必不可少的一種元素，也是維持正常膽固醇所必需的元素[10]。鉻不足會引發動脈硬化、冠心病、糖尿病及心肌病等；而過量會導致高血壓病、冠心病、動脈硬化、高脂血癥、貧血及鼻中隔穿孔等[11]；有毒重金屬Cd、As的含量均較低。

2. 4 浸出率測定實驗結果

茶葉樣品中各元素的浸出率見表6。

表6 樣品元素浸出率

由表6可知，元素Cd、Cr、As的浸出率均<0.5%，元素Zn的浸出率最大，達到23.6%，其次依次為Cu、Fe、Pb，因此茶葉樣品中各元素的浸出率存在一定的差異。

2.5 土壤中微量元素的含量

茶植土壤中各微量元素的含量見表7。

表7 茶植土壤中微量元素含量測定

由表7可知，茶植土壤中Fe元素含量豐富，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、As元素含量均低于《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)中規定限值。

由表6、7可知，茶葉樣品中Cr、Cu、Pb、Zn、Fe 、As等元素的含量均低于茶植土壤中的各元素含量，而茶葉樣品中Cd元素的含量要遠遠高于茶植土壤中Cd元素的含量，由此可推斷該茶葉樣品對土壤中Cd元素的富集作用較弱，茶葉樣品中Cd元素主要通過其他方式富集吸收。

3 結論

采用微波消解-電感耦合等離子質譜法一次測定茶葉樣品中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Fe、As等7種微量元素，實驗結果表明，該方法的精密度與準確度較高，適用于茶葉樣品中微量元素的測定。該茶葉樣品中Fe、Zn含量相對豐富，具有一定的營養價值。茶葉樣品中有毒重金屬元素Cd、As的含量均較低。茶植土壤中Fe元素含量豐富，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、As元素含量均低于《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)中規定限值。