反應釜消解與微波消解在茶葉檢測中比較研究

李金貴，田源源，陳俊賢

（1.漳州科技職業學院，福建漳州；2.程集中學，安徽宿松）

在進行元素檢測時，前處理基本上是濕式消解法、干法灰化、爐內消解和壓力消解罐消解法。濕式消解法是經典的樣品前處理方法，但試劑消耗量大，空白值多偏高，也會造成部分易揮發性元素損失，易造成污染等。干灰化法是指通過升高溫度使樣品中有機物質全部揮發掉，達到除去有機物質的目的。由于灰化溫度比較高，造成部分元素因為蒸發損失掉，或與坩堝等器皿的吸附，形成難以用酸溶解的物質，從而導致元素的部分損失[1]。這兩種方式耗時較長，和現今對檢測的“準確快捷”不符。爐內消解是使用石墨爐直接進樣，進樣量少，不會引入污染，但樣品有機成分含量較高，基體干擾大，同時對樣品均勻性要求較高。

壓力消解罐消解法，目前行業主流是微波消解，是利用微波的穿透性和激活反應能力，使聚四氟乙烯消解內灌樣品溫度升高，同時采用密封裝置，再加入一定量的酸溶液，達到使樣品中有機物質分解的目的[2]。但設備太貴，處理數量有限，資金投入壓力較大。

本課題將針對壓力消解罐消解法中反應釜消解法和微波消解法，在茶葉元素檢測前處理過程中的實際效果比較研究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

市售茶葉：綠茶、紅茶、巖茶各0.5kg

1.2 試驗儀器

本研究依托具有國家CMA檢測資質的漳州天康監測技術有限公司，利用其相關分析條件進行分析檢測，試驗儀器主要涉及電感耦合等離子質譜儀（Agilent-7700x）、微波消解儀（CEM MARSONE）、50ml不銹鋼反應釜（配聚四氟乙烯內罐）、電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9070A）、電子天平（0.001g）等儀器設備。

1.3 試驗方法

綠茶、紅茶、巖茶采用四分法取樣，用植物粉碎機粉碎（過20目篩），待用。試驗分為反應釜組和微波消解組，每組每個茶樣做五個平行樣。

1.3.1 反應釜組：稱取0.500g茶粉置于微波消解內罐中，加10mL濃硝酸，靜置10min，置于不銹鋼外罐擰緊；將整個反應釜置于190℃電熱恒溫鼓風干燥箱中，保持60min，冷卻半小時后，移至通風廚中自然冷卻泄壓，趕酸、定容至100mL，待測。

1.3.2 微波消解組：稱取0.500g茶粉置于微波消解內罐中，加5mL濃硝酸；功率：1000W；升溫程序：室溫～180℃（25min），保持20min，180℃～室溫（15min），趕酸、定容至100mL，待測[3]。

2 結果與分析

用電感耦合等離子質譜儀，對以上微波消解和反應釜消解處理的2組/30個茶葉消解液進行Li、Na、Ca、Mg等18種微量元素檢測，540個檢測的數據進行統計分析處理，得到相應平均值x、相對標準偏差RSD（由五個平行樣計算得到，RSD≤5%時效果較好）和兩組檢測結果間相對誤差值（相對誤差≤10%時效果較好）。分析時將數據分為18種元素完全分析，以及12種（Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ba）含量較高，性質穩定的元素進行分析[4]；具體見表一。

2.1 對Li、Na、Mg等18種元素統計分析

通過表一，對54組檢測統計數據進一步分析，得出用CEM MARSONE微波消解儀處理綠茶、紅茶和巖茶三種茶葉中18種元素時，5個平行樣相對標準偏差RSD≤5，占72.22%，而反應釜處理組相對標準偏差RSD≤5，占70.37%。具體見表二。

2.2 對Na、Mg、Al等12種元素統計分析

若將表一中Li、As、Se、Cd、Cr、Pb 6種含量較低或易揮發性元素剔除，僅對Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ba 12種元素統計分析，得出微波消解組相對標準偏差RSD≤5%，由72.22%上升至88.89%，反應釜消解組相對標準偏差RSD≤5%，由70.37%上升至91.67%。具體見表二。

2.3 對兩組間檢測結果平均值相對誤差分析

通過對綠茶、紅茶和巖茶三種茶葉，經過微波消解和反應釜消解處理后，測得各種元素檢測含量平均值，進行相對誤差分析。對18種元素統計分析時，得出54組平均值相對誤差≤10%，占85.19%；若僅對12種元素統計分析時，得出36組平均值相對誤差≤10%，占97.22%。

3 小結與討論

通過表二分析分析易知，在18種元素組內相對標準偏差進行分析，微波消解組和反應釜組，兩組效果差別僅為1.85%（72.22%/70.37%），差異不明顯。 而在Na、Mg、Al等12種含量較大，性質穩定的元素組內相對標準偏差進行分析時，微波消解組和反應釜消解組處理效果，滿足RSD≤5%達到88.89%和91.67%，比18種元素分析時提高了16.67%和21.30%，且反應釜消解增加更明顯。在對綠茶、紅茶和巖茶三種茶葉，經過微波消解和反應釜消解處理后，測得各種元素檢測含量平均值，進行18種和12種元素平均值相對誤差分析時，滿足平均值相對誤差≤10%，由85.19%上升至97.22%，提高了12.03%。也就說明在進行茶葉18種元素檢測時，二者檢測結果一致性超過80%，已經滿足檢測時方法間差異要求；而在12種元素檢測時，二者檢測結果基本一致。

現今市場使用的微波消解儀多為進口設備，一臺微波消解儀需要30多萬元（配12個50mL聚四氟乙烯內灌），而反應釜消解，配相同數量50mL聚四氟乙烯壓力消解罐，和一臺電熱恒溫鼓風干燥箱，儀器投入僅約5000元，經費投入比60：1，反應釜消解成本遠低于微波消解組。再對試劑消耗量和時間效率比較，二者差別并不明顯，微波消解單批處理量一般為12個，而反應釜處理量和電熱恒溫鼓風干燥箱的容量相關，本次試驗用的是80L電熱恒溫鼓風干燥箱，批處理量可以達到50～60個，效率要比微波消解4～5倍。

綜上所述，在茶葉元素研究過程中，檢測元素含量時，使用壓力消解罐消解法中的反應釜消解，效果較好，滿足檢測需求。

表一 微波消解和反應釜消解檢測結果統計 單位：μg/kg

表二 微波消解和反應釜消解組內相對標準偏差RSD統計

表三 微波消解和反應釜消解組間平均值相對誤差統計