臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質的制備研究

摘要" ［目的］建立臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質的制備方法。［方法］將篩選的臨滄勐庫熟茶通過干燥、粉碎、篩分、研磨、混勻、均勻性初檢、分裝，制備得到臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質，對均勻性和穩定性進行檢驗；參考食品安全國家標準，10家實驗室采用微波消解-電感耦合等離子體質譜法，對標準物質中Cr、Cu、As、Cd、Pb元素含量進行聯合定值，評定定值結果的測量不確定度。［結果］制備得到的臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質的均勻性良好，穩定性達到12個月，其中Cr、As元素的定值結果分別為（1.534±0.126）、（0.108±0.018） mg/kg。［結論］該臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質滿足基體標準物質的要求，可用于普洱茶熟茶檢測的質量控制。

關鍵詞" 普洱茶；臨滄勐庫；熟茶；標準物質；微波消解-電感耦合等離子體質譜法；重金屬元素

中圖分類號" TS272.7" 文獻標識碼" A" 文章編號" 0517-6611（2024）05-0208-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.049

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on Preparation of Reference Materials for Heavy Metal Composition Analysis in the Matrix of Lincang Mengku Ripe Tea

DUAN Feng-min1，BAO Zhi-juan2，LUO Fa-mei3 et al

（1.Yunnan Institute of Measuring and Testing Technology， Kunming，Yunnan 650228;2.College of Tobacco Science， Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 650201;3.National Pu’er Tea Product Quality Inspection and Testing Center，Pu’er，Yunnan 665099）

Abstract" ［Objective］ To establish a preparation method of reference material for heavy metal component analysis in the matrix of Lincang Mengku ripe tea. ［Method］ The Lincang Mengku ripe tea matrix heavy metal component analysis standard substance was prepared by drying， crushing， screening， grinding， mixing， initial uniformity inspection and packaging the selected Lincang Mengku ripe tea， the uniformity and stability were tested.According to methods such as national standard for food safety， 10 laboratories used microwave digestion inductively coupled plasma mass spectrometry to jointly determine the content of Cr， Cu， As， Cd and Pb elements in the standard substance， and evaluated the measurement uncertainty of the determination results.［Result］The prepared standard substance for the analysis of heavy metal components in the matrix of Lincang Mengku ripe tea had good uniformity and stability for 12 months. The determination results of Cr and As elements were （1.534±0.126） and （0.108±0.018） mg/kg， respectively.［Conclusion］ The standard substance for the analysis of heavy metal components in the matrix of Lincang Mengku ripe tea meets the requirements of the matrix standard substance and can be used for quality control of Pu’er tea ripe tea detection.

Key words" Pu’er tea;Lincang Mengku;Ripe tea;Reference material;Microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry;Heavy metal elements

基金項目" 云南省科技廳科技計劃項目（202102AE090021-2）。

作者簡介" 段鳳敏（1978—），女，云南鳳慶人，高級工程師，碩士，從事化學計量和標準物質研發研究。

*通信作者，副教授，博士，碩士生導師，從事化學分析測試和標準物質研究。

收稿日期" 2023-08-08

普洱茶是以地理標志保護范圍內的云南大葉種曬青茶為原料，并在地理標志保護范圍內采用特定的加工工藝制成的，具有獨特品質特征的茶葉。普洱茶為我國傳統名茶，在國內外久負盛名。按照生產工藝，普洱茶分為生茶和熟茶兩大類型。云南省臨滄地區是云南普洱茶最大產區和核心產區，也是最重要的原產地。臨滄是勐庫大葉種茶的原生地，產區內有眾多規模連片的野生茶樹群分布，其中在雙江縣勐庫大雪山發現的野生古茶樹群落是目前世界上種群密度最高、面積最大、分布海拔最高的野生古茶樹群落，被譽為“茶樹基因庫”［1］，因立體氣候、地理環境特點和生產加工工藝的區別，臨滄勐庫地區所產的茶葉在品質、色澤、香氣、口感方面具有鮮明的地域特點和豐富的感官體驗，特別是臨滄地區茶葉制得的熟茶更是云南普洱茶熟茶產品的主流代表。

由于具有豐富的茶樹植物種質資源，加之近年來云南新定位發展“千億云茶產業”，普洱茶已逐步發展為云南省新興支柱產業，隨著普洱茶產業的蓬勃發展，茶葉的品質日益受到重視，相關的檢測技術和方法層出不窮，普洱茶中重金屬含量的檢測也是一直以來關注的重點［2-3］，加強對普洱茶品質的研究將會促進云南茶產業的發展。普洱茶中重金屬元素的檢測方法主要有分光光度法、原子吸收分光光度法、原子熒光光度法等［4-7］，但由于普洱茶屬于農副產品，種植地域廣闊，土壤背景復雜，基體區別比較大，本底重金屬含量偏高，上述各種方法受普洱茶基底本底多元，檢測方法靈敏度、檢出限、單一元素測定模式等因素的影響，不能實現多元素同時快速檢測。而電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）是目前廣泛使用的一種多元素分析儀器，它可以同時實現多元素的同時檢測，并且因為其靈敏度高、檢出限低等優點，已廣泛應用于食品、水質、礦產、環境等檢測領域。該研究利用云南豐富的茶樹植物種質資源，制備臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質，依據技術規范JJG 1006—1994《一級標準物質技術規范》、JJF 1343—2022《標準物質的定值及均勻性、穩定性評估》等［8-10］，采用電感耦合等離子體質譜法對標準物質的均勻性進行檢驗，對標準物質的穩定性進行監測，組織10家實驗室協同定值，并進行不確定度評定，最終確定臨滄勐庫熟茶中Cr、As元素的含量，為普洱茶的重金屬分析檢測提供質量控制［11-16］。

1" 材料與方法

1.1" 試劑和試材

硝酸，優級純以上；過氧化氫，優級純；水，超純水；單元素國家一級標準物質（GBW08611As、GBW08614Cr）；5%硝酸；Li、Co、Y、Ce、Tl等混合標準溶液；Rh、Bi、Ge等內標物；GBW10052a國家一級有證標準物質。

1.2" 主要儀器設備

NexION 300x電感耦合等離子體質譜儀（美國PE公司）；Multiwave 3000微波消解儀（奧地利安東帕公司）；BHW-09A Digestor恒溫消解儀（博通公司）；AL104電子天平（梅特勒-托利多公司）；Milli-QA型超純水儀（密理博）；AFS-8800原子熒光光度計（北京海光儀器公司）；DIN12880恒溫干燥箱（德國binder）；JG-CS200水冷式粉碎機（廣州均工機械設備有限公司）；YXQM-4L行星式球磨機（長沙米琪儀器設備有限公司）；SHY-15三維運動混合機（廣州久源機械設備有限公司）；JP-2036GH超聲波清洗機（深圳潔盟）。

1、10 mL 的A級單標移液管，1、2、5、10 mL的A級分度移液管，50、100 mL的A級容量瓶。

1.3" 候選物選取和標準物質的制備

從云南普洱茶的主產區——臨滄市雙江縣勐庫鎮采集了一批具有代表性的熟茶樣品，所采集的熟茶樣品要求是曬青毛茶散茶經過渥堆發酵后干燥后而得的散茶，茶葉條索緊實，色澤深褐色、顯毫、勻整、勻凈。對采集的茶葉樣品進行挑選、剔除非茶物質后，低溫烘干48 h，將烘干后茶葉用粉碎機粉碎，倒入40目尼龍篩子篩分，未過篩部分反復粉碎，必要時采用研磨工藝，最后茶葉樣品全部通過80～100目篩子，成為茶葉粉末樣品；粉碎后的茶葉粉末樣品在混勻機上混合6～8 h，取樣品進行均勻性初檢驗，通過均勻性初檢的臨滄勐庫熟茶樣品，用清洗過的30 mL HDPE材質帶內蓋醫用包裝瓶進行分裝，每瓶20 g，共分裝約200瓶。分裝好后的樣品，采用60Co輻照后，再用真空包裝置于常溫的干燥器內保存，定期監測。

2" 結果與分析

2.1" 前處理條件優化

參考GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》的消解條件，對比自定義的微波消解條件，不同的消解溫度和穩定時間對同一種標準物質進行了消解，待消解完全后，測定元素含量。對比2種消解條件消解的樣品含量，可以確定采用國家標準方法或者自定的消解條件都可以用來作為樣品的前處理方法，自定條件對于個別元素測定的含量更高一點，所以采用自定的微波消解條件作為元素測定的樣品前處理方法。

2.2" 最小取樣量試驗

根據均勻性初檢，分別稱取不同質量（100、200、300、400、500 mg）的臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質進行對比測量，從試驗結果數據可以看出，元素含量、樣品取樣量對試驗結果有影響，但是區別不大，如Cr元素含量相對高，樣品不同取樣量試驗的精密度控制在2%；As元素含量相對偏低，取樣量在100 mg時元素測定含量比300 mg取樣量的含量偏低，考慮取樣量對測定結果有影響。根據元素含量、試驗精密度以及均勻性試驗的取樣量，考慮到不同實驗室之間的測試能力和水平，建議臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質最小取樣量為250 mg。

2.3" 均勻性評估

按照技術規范JJF 1343—2022《標準物質的定值及均勻性、穩定性評估》的要求，隨機抽取13瓶標準物質樣品，采用微波消解進行前處理，電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS）測定Cr、As元素的光譜強度，每瓶獨立測量3次，取3次測量的平均值作為均勻性評估的測量結果，然后對測量結果進行方差分析。結果發現，臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質中Cr、As元素均勻性檢驗測量數據方差分析F值分別為1.588和0.591，均小于均勻性檢驗臨界值Fα（12，26）（2.148），即Flt;Fα，表明樣品間不存在明顯差異，證明該標準物質是均勻的。

2.4" 穩定性監測

采用經典穩定性評估方案，以時間為橫坐標、重金屬元素含量為縱坐標擬合成一條直線，對臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質的長期穩定性進行了監測，利用回歸分析來判斷標準物質的穩定性，同一元素在不同的時間間隔內采用電感耦合等離子體質譜儀進行比對測量，測量數據采用F檢驗進行顯著性判斷，若回歸分析中顯著性水平（Sig.）小于0.05，則回歸方程的線性關系是顯著的，反之，則不顯著。

臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質長期穩定性試驗數據F檢驗回歸分析結果見表1。從表1可以看出，在12個月內，Cr、As元素的回歸是不顯著的（Sig.均大于0.05），即臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質中Cr、As元素的含量隨時間沒有發生明顯的趨勢性變化。

2.5" 定值和數據分析

采用10家實驗室、多種方法對標準物質進行協作定值［10］，采用國家一級標準物質單元素溶液標準物質配制系列標準工作液，微波消解前處理，利用電感耦合等離子質譜法、原子熒光光度法測定臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質中各個重金屬元素的含量。國家一級有證標準物質GBW10052a綠茶作為質控樣品進行方法驗證，由主導實驗室發放比對樣品給協作實驗室，協作實驗室對收到的樣品重金屬進行測定，并將測定結果返回給主導實驗室，總共10家實驗室，測定5個元素，每個元素平行測定9次，共回收450個數據，數據回收后進行統計分析。

對上述回收的定值數據進行數理統計分析，首先進行組間可疑數據剔除，按照事先約定剔除標準偏差超過10%的實驗室數據；其次檢驗數據是否符合正態分布；再次采用狄克遜（Dixon）法進行組內可疑值檢驗，確定保留的數據；采用格拉布斯（Grubbs）法剔除組間可疑數據；最后采用科克倫（Cochran）法進行等精度檢驗，確定定值數據。標準物質中Cr、As元素定值結果（干基）分別為1.534、0.108 mg/kg。

2.6" 不確定度評估

根據技術規范JJG 1006—1994《一級標準物質技術規范》［8］、JJF 1343—2022《標準物質的定值及均勻性、穩定性評估》［9］的規定，標準值的總不確定度由3部分組成，包括定值、均勻性和穩定性產生的不確定度，其中定值過程產生的不確定度主要是A類標準不確定度，其他還包括樣品稱量、標準溶液配制等屬于B類標準不確定度，分別按照A類不確定度和B類不確定度評估方法，對標準物質的均勻性、穩定性、定值等過程中不確定度分量進行評估，最后合成到標準不確定度中［17-18］。

2.6.1" 均勻性產生的標準不確定度（u均勻性）。

設S1為瓶間方差，S2為瓶內方差，n為組內測量次數。

若S12gt;S22，均勻性引入的不確定度分量為u均勻性 =Sbb，公式如下：

u均勻性=Sbb=S12-S22n

若S12lt;S22，表明測量方法受靈敏度的限制，故均勻性產生的標準偏差按下式進行計算：

u均勻性=Sbb=S22n×42vS22

式中，vS22為組內方差的自由度。Cr、As元素的均勻性產生的不確定度如表2所示。

2.6.2" 穩定性引入的不確定度（u穩定性）。穩定性評估基本模

型可表示為：

Y=β0+β1X

式中：β0、β1為回歸系數；X為時間；Y為標準物質中元素含量（mg/kg）。

在時間為12個月的考察期內，以時間為橫坐標、標準物質中Cr和As元素含量為縱坐標進行回歸分析評價長期穩定性，穩定性引入的不確定度分量用標準偏差S（β1）計算，計算公式為u穩定性=S（β1）×t。Cr和As元素穩定性引入的不確定度分量結果如表3所示。

2.6.3" 協同定值產生的不確定度（μ（））。

參照JJF 1343—2022《標準物質的定值及均勻性、穩定性評估》，10家實驗室協作定值引入的不確定度用方差分析來表示。協同定值引入的不確定度的計算公式如下：

μ（）=SL2m+Sr2n×m

Sr2=S22

SL2=S21-S22n

式中：S1為瓶間方差；S2為瓶內方差；m為實驗室數量；n為實驗室平行測量次數。

以臨滄勐庫熟茶重金屬成分分析標準物質中Cr、As元素為例，按照定值數據，Cr、As元素協作定值單因素方差分析得到的結果見表4。

2.6.4" 標準工作液配制過程引入的不確定度（u標準溶液）。

標準溶液引入的不確定度由單元素溶液標準物質引入，不確定度（u標準溶液）計算如下：GBW08614 Cr標液、GBW08611 As單元素溶液標準物質濃度皆為1 000 μg/mL，相對不確定度均為0.1%，引入的相對不確定度為0.05%。根據臨滄勐庫熟茶標準物質定值數據，計算標準溶液配制過程引入的不確定度分量如表5所示。

2.6.5" 標準曲線校準引入的不確定度（u校準）。

配制不同濃

度的Cr、As元素標準溶液作為標準曲線溶液，分別重復測定3次，得到相應的響應值，如表6所示。

各元素的濃度為c0時測量所產生的不確定度計算公式如下：

u（c0）=Sxx/b×1/p+1/n+（c0-）2/nj=1（cj-）2

=（nj=1cj）/n

Sxx=nj=1［Ai-（a+bcj）2］n-2

其中：b為標準曲線的斜率；Sxx為標準曲線的剩余標準差（殘差的標準差）； p為被測樣品的測量次數（p =9）；n為標準溶液總測試次數，Cr、As測試次數分別為18、21；為標準曲線各點濃度的平均值（μg/L）；cj為各標準溶液濃度；c0為待測樣品濃度的平均值（μg/L）；Ai為各標準溶液的實際響應值。根據上述公式，計算得到標準曲線的回歸方程及線性關系如表7所示。

根據元素標準曲線的不確定度分量和標準物質最終定值結果，得到標準曲線校準引入的不確定度u校準，結果如表8所示。

2.6.6" 其他。

移液管引入的不確定度、容量瓶引入的不確定度、樣品稱量引入的不確定度和溶液溫度變化引入的不確定度分量，由于貢獻量較小都忽略不計。

2.6.7" 合成標準不確定度。

標準物質的合成標準不確定度（u元素）按照公式u元素=u2均勻性+u2穩定性+u（）2+u2校準+u2標準溶液進行計算。

擴展不確定度按照U=k×u元素計算，其中k=2。

根據上述各個不確定度分量，按照計算公式，合成標準不確定度，最后計算擴展不確定度，具體見表9。

臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質中Cr、As元素的定值結果分別為（1.534±0.126）、（0.108±0.018） mg/kg，置信概率P=95%。

3" 結論

研究制備了臨滄勐庫熟茶基體重金屬成分分析標準物質，經評估，該標準物質的均勻性良好，穩定性達到12個月，10家實驗室聯合定值，其中Cr、As元素的定值結果分別為（1.534±0.126）、（0.108±0.018）mg/kg，將研制的標準物質和同類型標物進行了對比和試用，結果表明研制的標準物質測量穩定、方便、適用。綜上所述，該標準物質的性能良好，可用于云南普洱茶熟茶的分析和科研等領域相應成分的檢測，生產部門和檢測實驗室質量控制，分析儀器校準、分析方法評價等方面，為統一重金屬成分含量檢測發揮應有的作用。

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