微波消解-ICP-MS法同時測定廣西六堡茶中16種元素

黃殿貴，羅艷，謝濤，陸云，韋麗麗，韋樹燕

廣西壯族自治區(qū)分析測試研究中心（南寧 530022）

六堡茶，產(chǎn)于廣西蒼梧縣六堡鎮(zhèn)，是中國黑茶代表之一，國家地理標(biāo)志產(chǎn)品[1]，其傳統(tǒng)制作工藝已列入國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄[2-3]。六堡茶是廣西特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，2019年居中國茶葉區(qū)域品牌價值前30強[4-5]，其茶葉品質(zhì)將直接影響到消費者飲茶安全和產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。茶葉中既含有鐵、銅、鋅等對人體有益的微量元素，也可能含有砷、鎘、鉛等有害重金屬元素[6]，發(fā)展其快速檢測方法對于茶品安全和產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展很具現(xiàn)實意義。

茶葉中無機元素分析方法有原子吸收法[7-8]、原子熒光法[9-10]、電感耦合等離子體光譜法[11-12]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[13-14]等。吳婕等[15]采用ICP-OES法測定了六堡茶中鉛、砷、鎘的含量；蔡宇春等[16]、莫曉玲[17]、張雪紅[18]均采用原子吸收法測定了六堡茶中的鉛、鎘、鐵、錳、銅、鋅等元素。但有關(guān)六堡茶中多種無機元素含量同時快速測定的方法報道甚少。ICP-MS法具有靈敏度高、精密度高、多種元素可同時測定等優(yōu)點[19-23]。試驗擬結(jié)合微波消解具有操作簡便、空白低的技術(shù)特點[24-25]，建立微波消解聯(lián)合ICPMS技術(shù)同時快速測定廣西六堡茶中的Li、Be、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Sr、Cd、Sn、Sb、Tl、Pb共16種無機元素含量的方法，以期為廣西六堡茶的食品安全和產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

茶葉樣品（均采集于廣西梧州市各大茶行、茶葉零售店、六堡鎮(zhèn)及周邊茶葉種植農(nóng)戶）；國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)灌木枝葉GBW 07603（地礦部物化探研究所）；柑橘葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10020、綠茶成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10052（地球物理地球化學(xué)勘察研究所）。

硝酸（AR，默克股份兩合公司，德國）；30%過氧化氫（AR，廣東光華科技股份有限公司）；GSB 04-1767-2004多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液、Mo單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液、水中總有機碳標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；實驗室用超純水（18.25 MΩ·cm）。

1.2 儀器與設(shè)備

iCAP Qc電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Thermo Fisher SCIENTIFIC公司）；電子分析天平（上海梅特勒-托利多儀器有限公司）；LabonovaPure+Labonova Ultra超純水系統(tǒng)（德國Think-lab）；MARS6微波消解儀（美國CEM公司）；Multi N/C3100總有機碳儀（德國耶拿）。試驗用器皿及消解管均以20%硝酸溶液浸泡24 h以上，用超純水沖洗干凈，晾干備用。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

將六堡茶葉樣品置于烘箱中60 ℃下烘干1～2 h至恒重。將烘干后的茶葉樣品研磨粉碎后過0.250 mm直徑篩，篩下樣用密封袋保存?zhèn)溆谩?zhǔn)確稱取0.300 0 g（精確至0.000 1 g）預(yù)處理好的茶葉樣品，置于消解管中，加入5 mL濃硝酸溶液和3 mL 30%過氧化氫溶液，靜置過夜。次日，將消解管置于微波消解儀中按表1工作程序進行消解。消解程序完成后，取出消解管，于趕酸儀在150 ℃下趕酸至約1 mL，取下，冷卻，轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水定容。同時做空白對照樣品。

表1 微波消解儀工作程序

1.3.2 ICP-MS儀器測定

儀器穩(wěn)定后，使用儀器日常調(diào)諧液對儀器條件進行調(diào)諧，得到最佳的靈敏度、最低的氧化物、雙電荷干擾以及較好的分辨率。最佳工作條件：射頻功率1 250 W，等離子體流量14.0 L/min，霧化器流量1.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min，采樣錐/截取錐為鎳錐，霧化室溫度2.70 ℃，蠕動泵轉(zhuǎn)速40 r/min，掃描方式為調(diào)峰，重復(fù)次數(shù)3次，積分時間13 s。

按儀器最佳工作條件，在線內(nèi)標(biāo)加入，依次測定標(biāo)準(zhǔn)空白、標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、樣品空白、樣品溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算樣品中Li、Be、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Sr、Cd、Sn、Sb、Tl、Pb共16種元素的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解體系的選擇

茶葉基體比較復(fù)雜，茶葉中無機元素測定的最大基體干擾來自于有機碳。濃硝酸、高氯酸、H2O2均具有很強的氧化性，能有效地消解茶葉中的有機碳。單純使用濃硝酸消解，濃硝酸消耗量相對較大，容易污染環(huán)境。濃硝酸-高氯酸體系，加入高氯酸后，氯會干擾As、Cr等元素的檢測。濃硝酸-H2O2體系，H2O2是一種弱酸性氧化劑，在較低溫度下可分解出活性氧，高能態(tài)活性氧能加速茶葉的消解。濃硝酸和H2O2共用，消解能力最強，相比于濃硝酸-高氯酸體系，其亦更環(huán)保、更安全。因此，試驗選擇濃硝酸-H2O2消解體系。

2.2 硝酸和雙氧水使用量的優(yōu)化

采用消解液中有機碳的殘留量來衡量消解效果，有機碳?xì)埩袅吭降停庠酵耆５荣|(zhì)量（0.300 0 g）稱取16份同一廣西六堡茶茶葉樣品，使用不同用量（具體見表2）的濃HNO3、H2O2，每種用量平行雙份，按照1.3小節(jié)的方法處理得到消解液。使用TOC儀分別測定消解液中有機碳的殘留量，試驗結(jié)果見表2。單純使用濃硝酸消解，隨著濃硝酸的使用量增加，消解液中有機碳?xì)埩袅繙p少。當(dāng)濃硝酸使用量達(dá)到7 mL時，樣品消解完全，有機碳消除趨于限值。濃硝酸-雙氧水體系，隨著雙氧水的加入，有機碳消除明顯，當(dāng)使用5 mL濃硝酸和2 mL雙氧水時，溶液消解完全。且隨著雙氧水使用量的增加，消解液中的有機碳進一步得到消除。硝酸和雙氧水的用量增多，亦會影響含量較低的元素的檢測。綜合考慮，在消解方法中，硝酸用量選擇5 mL，雙氧水用量選擇3 mL。

表2 不同消解條件下有機碳?xì)埩袅?/p>

2.3 干擾及其校正

ICP-MS法測定茶葉元素的干擾主要有樣品基體干擾和質(zhì)譜干擾。樣品基體干擾主要表現(xiàn)為對待測元素的信號抑制或信號漂移，采用在線內(nèi)標(biāo)加入的方式可以校正儀器信號漂移，消除基體干擾。選擇Sc作為Li、Be、V、Cr、Co、Ni的內(nèi)標(biāo)元素；選擇Rh作為Cu、Zn、As、Mo、Sr的內(nèi)標(biāo)元素；選擇In作為Cd、Sn、Sb的內(nèi)標(biāo)元素；選擇Re作為Tl、Pb的內(nèi)標(biāo)元素。質(zhì)譜干擾主要有同量異位素干擾、氧化物干擾、多原子或加合物離子干擾，可通過優(yōu)化儀器參數(shù)、干擾校正方程等方法消除。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

準(zhǔn)確配制混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.3小節(jié)方法進行測定，儀器自動計算并繪制出各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。對11份樣品空白溶液測定，計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，并以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的質(zhì)量濃度為方法檢出限。16種元素的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表3。16種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 4。檢出限為0.000 1～0.456 mg/kg，說明儀器靈敏度高。

表3 線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限

2.5 精密度試驗和回收率試驗

取一樣品平行稱取6份，按1.3.1小節(jié)的樣品處理的方法消解，按1.3.2小節(jié)的ICP-MS儀器條件進行測定，測定結(jié)果見表4。16種元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差σRSD為0.59%～5.45%（n=6），表明該方法的精密度較好。

表4 精密度試驗測定結(jié)果

在實際樣品的加標(biāo)回收率試驗中，根據(jù)茶葉樣品中16種元素含量作為本底值，分別加入低、中和高3個水平濃度的被測元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液于樣品中，按1.3.1小節(jié)的樣品處理方法消解，按1.3.2小節(jié)進行測定，加標(biāo)回收試驗測定結(jié)果見表5。加標(biāo)回收率為90.2%～110.1%，表明該方法的準(zhǔn)確性較好。

表5 加標(biāo)回收試驗結(jié)果

2.6 準(zhǔn)確度試驗

為進一步驗證試驗方法的準(zhǔn)確性和可靠性，采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)灌木枝葉BW 07603、柑橘葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10020、綠茶成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10052作為參考，平行制備3份，按照1.3小節(jié)的方法前處理樣品，使用ICP-MS儀器測定，并進行驗證測定。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值和測定結(jié)果見表6。結(jié)果表明，各元素的測定值均在證書標(biāo)準(zhǔn)值參考范圍內(nèi)，證明該方法準(zhǔn)確可靠。

表6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值和測定結(jié)果 單位：mg/kg

2.7 方法的實際應(yīng)用

應(yīng)用試驗方法檢測11個廣西六堡茶茶葉，按照1.3小節(jié)的方法前處理并上機測定，測定結(jié)果見表7。所測11個廣西六堡茶中16種無機元素中Zn、Cu、Sr、Ni含量較高，其中Zn含量最高、Be含量最低，有兩個樣品中Be含量未檢出。目前，我國國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定Pb≤5.0 mg/kg；農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NY 659—2003《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》中規(guī)定Cr≤5.0 mg/kg、Cd≤1.0 mg/kg、As≤2.0 mg/kg；農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NY/T 288—2018《綠色食品 茶葉》中規(guī)定Cu≤30.0 mg/kg。茶葉中其他元素含量未見限量規(guī)定。由表7可知，所測11個廣西六堡茶茶葉中Pb、Cr、Cd、Cu、As元素均檢出，且均低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量，說明廣西六堡茶茶葉處于質(zhì)量安全水平。

表7 11個實際樣品測定的檢測結(jié)果 單位：mg/kg

3 結(jié)論

試驗建立了微波消解聯(lián)合電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法快速檢測技術(shù)同時分析廣西六堡茶中Li、Be、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Sr、Cd、Sn、Sb、Tl、Pb共16種無機元素含量的檢測方法。方法選擇更環(huán)保的濃硝酸-H2O2體系對廣西六堡茶茶葉樣品進行消解，并通過檢測消解液中的有機碳?xì)埩袅繉ο跛岷虷2O2使用量進行優(yōu)化；同時，對ICPMS工作參數(shù)及條件進行了優(yōu)化。建立的方法檢出限低、精密度好、準(zhǔn)確可靠、快速便捷，適用于廣西六堡茶中無機元素的快速分析檢測。