茶葉中微量元素的檢測與分析

李非非，何 文，高 燕，褚然然

(齊魯理工學院 化學與生物工程學院，山東 濟南 250200)

茶葉中的化學成分多達六百余種[1]，其中，無機類成分包括鐵、錳、銅、鋅、鈣、鎂等金屬元素[2]。雖然微量元素占茶葉的比重很小，但對人體健康的作用不可忽視。茶葉中有益于人體的微量元素的含量，視作評定茶葉優(yōu)良的一個指標。因此，檢測與分析茶葉中的鐵、錳、銅、鋅的含量，有著重要的意義[3]。茶葉預處理的方法有干法灰化和濕法消化。其中，干法灰化會造成某些金屬元素的損耗，因此，本次實驗以硝酸-過氧化氫濕法消化處理茶葉[4-5]。

測定茶葉消解液中金屬元素的方法有原子吸收法、陽極溶出伏安法等。但是原子吸收法無法同時測定多種元素。陽極溶出伏安法是在極譜分析的理論基礎上發(fā)展起來的一種比經(jīng)典極譜分析靈敏度高一萬倍的電化學分析方法[6]。陽極溶出伏安法在溶液里痕量金屬離子的檢測中應用較多。此法的優(yōu)點是靈敏度高、檢測限低、消耗的待測金屬離子較少，且可以同時對多種元素進行測定。

本論文用濕法消解茶葉，采用陽極溶出伏安法同時對鐵、錳、銅、鋅四種金屬微量元素進行測定。

1 試劑和儀器

1.1 試劑

論文使用材料為日照綠茶，試劑如表1。

表1 實驗試劑

1.2 儀器

儀器如表2。

表2 實驗儀器

2 實驗方法

2.1 茶葉的消解

2.1.1 消解劑體積的選擇

取適量干燥的日照綠茶研磨為粉末。準確稱取7份2.0000g茶葉粉末于7個100mL燒杯中，分別向其中加入5.00，10.00，15.00，20.00，25.00，30.00，35.00mL硝酸。電子萬用爐，小火加熱一段時間。后調(diào)電子萬用爐至中火，消解140min，調(diào)至小火，用膠頭滴管緩慢滴入5.00mL過氧化氫，待溶液外觀接近無色、透明狀態(tài)時，關閉電子萬用爐，冷卻至室溫。加適量去離子水煮沸，除去殘余的硝酸。處理完畢，放置冷卻，過濾。移至100mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度線。

2.1.2 消解時間的選擇

準確稱取7份2.0000g茶葉粉末于7個100mL燒杯中，加入一定體積的硝酸，電子萬用爐分別消解20，40，60，80，100，120，140min。然后調(diào)至小火，用膠頭滴管緩慢滴入5.00mL過氧化氫，待溶液外觀接近無色、透明狀態(tài)時，關閉電子萬用爐。其余操作同上。

2.2 陽極溶出伏安法測定銅、錳、鐵、鋅

陽極溶出伏安法又稱反向極譜法，分為富集和溶出兩個過程。富集過程是一個恒電位電解過程，在這個電位下被測離子被還原成原子富集在電極上；溶出過程是富集在汞電極上的金屬原子被氧化成離子回到溶液中。溶出時通過工作電極的電流迅速上升，被富集的金屬元素隨氧化過程的進行迅速降低，得到峰形曲線。檢測的各參數(shù)不變，待測金屬離子的濃度與氧化反應過程中產(chǎn)生的電流正比，因此，電流峰的峰高能作為定量分析的依據(jù)[7-8]。

2.2.1 精密度實驗

精密度指的是，使用某操作步驟對同一個樣品進行多次重復檢測時，測定結(jié)果之間的一致程度。

陽極溶出伏安法測鐵精密度：準確移取5.00mL濃度為20.00μg/mL的鐵標準溶液于25mL容量瓶中，加入2.50mL的硝酸-氯化鈉底液，去離子水定容到刻度線。測定該溶液，記錄電流峰的峰高。連續(xù)測定七次。

陽極溶出伏安法測錳、銅、鋅的精密度：操作與鐵的精密度實驗相同。

2.2.2 標準溶液的配制

鐵標準儲備液(1.00mg/mL)：準確稱取0.1429g三氧化二鐵粉末，于100mL燒杯中，加入少量的鹽酸，小火加熱溶解。溶解后，冷卻至室溫。轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，去離子水定容到刻度線。搖勻待用。

錳、銅、鋅標準儲備液(1.00mg/mL)：準確稱取0.1592g二氧化錳粉、0.1000g銅粉、0.1245g氧化鋅粉末于三個100 mL燒杯中，加入鹽酸，小火加熱溶解，其余操作均與鐵標準儲備液的配制方法相同。

鐵、錳、銅、鋅四種元素出峰電勢的確定：準確移取鐵、錳、銅、鋅標準儲備液各5.00mL于4個25mL容量瓶中，加入2.50mL硝酸-氯化鈉底液，去離子水定容到刻度線搖勻。測定4種元素出峰電勢。

鐵、錳、銅、鋅混合標準溶液：準確移取鐵、錳、銅、鋅標準儲備液各0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00mL于取6個50 mL容量瓶中，去離子水定容到刻度線，搖勻。測定各溶液電流峰的出峰電勢與峰高，繪制標準曲線。

2.3 茶葉樣品中鐵、錳、銅、鋅含量的測定

準確稱取2.0000g烘干研碎的茶葉粉末于100mL燒杯中。加入一定的硝酸，消解一段時間。其余操作同上。

準確移取5.00mL茶葉消解液、2.50mL硝酸-氯化鈉底液于25mL容量瓶，去離子水定容。陽極溶出伏安法測定溶液，記錄峰電勢與峰高，計算茶葉中四種元素的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 茶葉的消解

3.1.1 消解劑體積的選擇

不同體積的硝酸消解2.0000g茶葉，陽極溶出伏安法測定鐵、錳、銅、鋅的峰高，作圖，見圖1。

圖1 硝酸最佳體積的選擇

由圖1可知：隨著硝酸用量的不斷增加，鐵、錳、銅、鋅的峰高不斷變高，直到加入30.00mL硝酸，峰高達到最大值，繼續(xù)增加硝酸，峰高趨于穩(wěn)定，說明茶葉中鐵、錳、銅、鋅消解完全，因此最佳體積為30.00mL。

3.1.2 消解時間的選擇

不同消解時間消解2.0000g茶葉，用陽極溶出伏安法測定鐵、錳、銅、鋅的峰高，作圖，見圖2。

圖2 硝酸消解茶葉的最佳時間

通過圖2可知：隨著消解時間的增加，鐵、錳、銅、鋅的峰高不斷變高，直到消解100min時，峰高達到最大值并趨于穩(wěn)定，說明茶葉消解完全，因此最佳時間為100min。

3.2 陽極溶出伏安法測定銅、錳、鐵、鋅

3.2.1 精密度

陽極溶出伏安法連續(xù)測定20.00μg/mL的鐵、錳、銅、鋅標準溶液7次，記錄峰高，計算相對標準偏差，結(jié)果見表3。

表3 茶葉中鐵、錳、銅、鋅含量的測定

陽極溶出伏安法測得鐵、錳、銅、鋅的RSD值較小，表明儀器精密度良好。

3.2.2 標準曲線的繪制

陽極溶出伏安法測定鐵、錳、銅、鋅標準溶液，出峰電位見表4。

表4 鐵、錳、銅、鋅的出峰電位

3.2.2.1 鐵標準曲線的繪制

陽極溶出伏安法測定不同濃度的鐵標準溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖3。

圖3 鐵標準曲線

由圖3可知，陽極溶出伏安法測定鐵標準溶液，鐵濃度在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)線性關系良好，R2=1，回歸方程為y = 0.0002x + 0.0000001。

3.2.2．2 錳標準曲線的繪制

陽極溶出伏安法測定不同濃度的錳標準溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖4。

圖4 錳標準曲線

由圖4可知，陽極溶出伏安法測定錳標準溶液，濃度在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)線性關系良好，R2=1，回歸方程是：y = 0.00005x - 0.0000002。

3.2.2．3 銅標準曲線的繪制

陽極溶出伏安法測定不同濃度的銅標準溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖5。

圖5 銅標準曲線

由圖5可知，陽極溶出伏安法測定銅標準溶液，濃度在0.00～100.00 μg/mL范圍內(nèi)線性關系良好，R2=1，回歸方程是：y = 0.0009x + 0.0000003。

3.2.2．4 鋅標準曲線的繪制

陽極溶出伏安法測定不同濃度的鋅標準溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖6。

圖6 鋅標準曲線

由圖6可知，陽極溶出伏安法測定鋅標準溶液，濃度在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)線性關系良好，R2=1，回歸方程是：y = 0.0008x - 0.00001。

3.3 茶葉中鐵、錳、銅、鋅含量的測定

陽極溶出伏安法測定茶葉消解液中鐵、錳、銅、鋅，通過峰高計算茶葉中四種微量元素的含量，結(jié)果見表5。

表5 茶葉中鐵、錳、銅、鋅的含量

由表5可知，茶葉中鐵、錳、銅、鋅的含量分別為0.0610mg/g、0.2700mg/g、0.0415mg/g、0.0206mg/g。

4 結(jié)論

硝酸-過氧化氫消解綠茶，陽極溶出伏安法同時檢測綠茶中鐵、錳、銅、鋅四種元素。結(jié)果表明，在硝酸-氯化鈉底液中，鐵、錳、銅、鋅在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)，峰高與濃度均呈良好的線性關系。陽極溶出伏安法測定鐵、錳、銅、鋅四種元素精密度好，結(jié)果準確、可靠。綠茶中鐵、錳、銅、鋅的含量分別為0.0610，0.2700，0.0415，0.0206mg/g，其中鐵和錳的含量很高，飲用綠茶有助于補充人體所需的四種微量元素。