六堡茶中10種元素的快速質(zhì)譜分析

鄧著智

(廣西弘遠(yuǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司，廣西 欽州 535000)

茶與咖啡及可可并稱(chēng)世界三大飲料，飲者眾多，與人類(lèi)生活緊密相關(guān)，而我國(guó)是茶飲大國(guó)，亦是茶葉出口大國(guó)，對(duì)茶葉的研究一直是生命科學(xué)中備受關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)茶葉中微量元素研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)六堡茶中除了富含對(duì)人體有益的生化成分如：咖啡堿、兒茶素及茶多糖等外，同時(shí)還含有參與人體生命活動(dòng)的Cu、 Zn、 Fe等多種有益元素，但是茶葉中同時(shí)也含有一定量的有害元素，人體如果攝入量超過(guò)一定的限值則會(huì)誘發(fā)疾病[1-3]，因此，對(duì)茶葉中元素進(jìn)行分析研究十分有必要。目前，已報(bào)道對(duì)六堡茶中元素測(cè)定的方法較少[4-5]。蔡宇春等人[6]用原子吸收法測(cè)定六堡茶中的鉛和鎘，方法雖然選擇性強(qiáng)、靈敏度高，但其僅適合單元素檢測(cè)，工作效率低，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍窄，樣品前處理要求較為苛刻，需要趕酸完全，而且不適合砷汞元素的測(cè)定；電感耦合等離子體質(zhì)譜法[7]動(dòng)態(tài)線性范圍寬，選擇性和靈敏度都比較高，而且適用于多元素的同時(shí)在線分析，因而具有其他元素分析儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為元素分析的主流方法，在眾多領(lǐng)域皆有廣泛應(yīng)用[8-12]。

1 材料與方法

1.1 儀器

Nexion300D電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Inductively Coupled Plasma Masspectrometry)：美國(guó)珀金埃爾默公司；超純水機(jī)：美國(guó)Millipore公司。

1.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液[1000μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，GSB04-1767-2004，以5%HNO3(體積比)為介質(zhì)，臨用前逐級(jí)稀釋]；鍺、銦、鉍、鈧內(nèi)標(biāo)溶液(濃度均為：1000mg/L)。硝酸(GR，德國(guó)默克公司)；過(guò)氧化氫(GR，國(guó)藥集團(tuán))；國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)綠茶(GBW10052，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘察研究所)。六堡茶茶葉樣品均購(gòu)于梧州市各大茶行。

1.3 樣品前處理

用萬(wàn)分之一電子天平準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量的六堡茶(約0.4g左右)到100mL聚四氟乙烯內(nèi)罐(經(jīng)純酸高溫蒸煮去離子水洗凈)中，依次加入8.0mL硝酸和2.0mL H2O2，放在電熱板上100℃預(yù)消解60min/(或者放置過(guò)夜)后旋緊頂蓋及不銹鋼外罐，將罐體放入烘箱中加熱消解。消解過(guò)程采用逐步升溫模式，具體步驟如下：100℃恒溫加熱2h，140℃恒溫加熱4h，170℃恒溫加熱2h。

消解完成后，消化液140℃左右趕酸，待溶液剩約1.0mL 時(shí)，用去離子水將消解液全量轉(zhuǎn)移至50mL塑料容量瓶中，定容搖勻直接上機(jī)測(cè)定，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.4 儀器工作參數(shù)

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的工作參數(shù)通過(guò)質(zhì)譜調(diào)諧液的調(diào)諧得到，RF發(fā)生功率為1200W；樣品采樣深度2.5mm；霧化器流量1.02L/min；等離子體氣流量15.0L/min；氧化物產(chǎn)率<2.0%，雙電荷比<0.2%。

1.5 干擾的消除

電感耦合等離子體質(zhì)譜法雖然可以分析元素周期表中的60多種元素，但是相當(dāng)一部分的元素在分析的過(guò)程中都存在不同程度的干擾(多原子離子，如表1所示)，為消除此類(lèi)質(zhì)譜干擾，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)采用動(dòng)能甄別(也稱(chēng)碰撞模式，kinetic energy discrimination,KED)進(jìn)行分析。在實(shí)驗(yàn)中干擾離子(多原子離子)的碰撞面積比待測(cè)離子的碰撞面積大，在同一質(zhì)譜條件下，碰撞反應(yīng)氣體氦氣原子與干擾離子發(fā)生有效碰撞的機(jī)會(huì)高于氦氣與待測(cè)離子的碰撞，所以干擾離子碰撞后動(dòng)能損失顯著。設(shè)置四級(jí)桿的電位勢(shì)高于碰撞反應(yīng)池的電動(dòng)勢(shì)，發(fā)生碰撞后四級(jí)桿的勢(shì)能高于多原子離子的動(dòng)能，多原子離子偏離原飛行軌道無(wú)法進(jìn)入四級(jí)桿從而達(dá)到去干擾的目的。

表1 潛在的干擾

2 結(jié)果與討論

2.1 方法的線性范圍及檢出限

10種元素元素在0.05～100μg/L范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，測(cè)定11份試劑空白溶液，按IUPAC的規(guī)定計(jì)算方法的檢出限，即3倍空白標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 相關(guān)系數(shù)及檢出限

由表2可知，10種元素在KED模式下同時(shí)進(jìn)行分析具有良好的線性范圍及相關(guān)系數(shù)，實(shí)驗(yàn)具有可行性。

2.2 方法的準(zhǔn)確性試驗(yàn)

添加2種不同濃度(2.0μg/L，20.0μg/L)的元素混合標(biāo)準(zhǔn)液于六堡茶樣品中進(jìn)行消解，上機(jī)連續(xù)重復(fù)測(cè)定3次，各樣品的加標(biāo)回收率在99.0%～103.5%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于5%(如表3所示)，表明該方法的準(zhǔn)確度和精密度較好，符合痕量分析的要求。按照1.3的樣品預(yù)處理方法對(duì)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)綠茶(GBW 10052)進(jìn)行消解處理，平行測(cè)定其消化液3次，考察方法的準(zhǔn)確度，結(jié)果如表4所示。由表4不難看出，國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)綠茶(GBW 10052)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)上的標(biāo)準(zhǔn)值基本上一致，國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)綠茶(GBW 10052)的成分和六堡茶相似，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明本方法適用于六堡茶樣品中無(wú)機(jī)元素的檢測(cè)。

表3 樣品加標(biāo)回收率

表4 綠茶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10052)的測(cè)定結(jié)果(n=4)

2.3 六堡茶中10種元素的含量分析

按文中的前處理方法消解六堡茶后，測(cè)定了其中10種元素的含量，各元素的具體含量見(jiàn)表5。

表5 六堡茶中10種元素的含量(mg/kg)

由表5可知：六堡茶中富含人體必需的營(yíng)養(yǎng)元素鐵鋅銅，這幾種元素基本是地殼中含量較為豐富的元素，說(shuō)明六堡茶在生長(zhǎng)過(guò)程中富集了這幾種元素。GB2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》規(guī)定了茶葉鉛≤5mg/kg，其他元素未作出限定。由表可知六堡茶中的有害重金屬元素鉛均在限定值范圍內(nèi)，普通飲茶不會(huì)對(duì)身體造成傷害。

3 結(jié)論

茶葉是一種有機(jī)物含量高，基質(zhì)較為復(fù)雜的樣品，前處理方法較為重要，如果處理不好，樣品中的復(fù)雜基質(zhì)很容易干擾各元素的定性及定量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)采用密閉高壓消解法與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用對(duì)六堡茶中的10種元素進(jìn)行測(cè)定。密閉高壓消解法通過(guò)對(duì)罐體外部加熱，使其內(nèi)部消解液的沸點(diǎn)升高，從而讓有機(jī)物被充分破壞，消解更徹底，其次，密閉高壓消解法是在一個(gè)密閉環(huán)境中進(jìn)行，污染較少，使用更安全，而電感耦合等離子體質(zhì)譜儀高選擇性、高靈敏度，并且能夠?qū)Χ喾N元素實(shí)現(xiàn)同時(shí)在線測(cè)定，兩者聯(lián)用能夠?qū)αげ柚械母髟剡M(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。