茶叶中微量元素检测方案

v=0.2075e-0.3842xy=0.057e-0.2498xPb0.94060.8274 已发表在：厦门大学学报(自然版)，2003，5：621-625 ICP-MS测定茶叶中微量元素含量及其溶出特性的研究 黄志勇1.2，经媛元2，杨妙峰1，孟庆祥2，王小如l* (厦门大学化学系，现代分析科学教育部重点实验室，厦门361005； 2.集美大学生物工程学院，厦门361021) 摘要： 采用微波消解电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定了碧螺春、乌龙茶、毛峰、茉莉花茶和云南滇红五种茶叶中微量元素的含量，并对其中的乌龙茶和碧螺春两种茶叶进行了不同浸泡时间和不同冲泡次数微量元素浸出率的研究.用茶叶标准物质对测定方法的准确度进行验证，结果表明方法的回收率大多介于 95%~110%之间，相对标准偏差小于5%.茶叶中不同元素在不同浸泡时间和次数时其溶出特性不同，其溶出规律大多可用对数或指数关系描述. 关键词： 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)， 茶叶，微量元素，溶出特性 中图分类类：0657 文献标识码：：A 茶叶含有多种微量元素，有些是人体必需的，有些是有害的.准确快速测定茶叶中微量元素的含量不仅对茶叶质量控制有指导意义，而且对茶叶的种植、加工生产有科学依据11~3].茶汤是重要的饮品之一，研究不同浸泡时间及不同冲泡次数时茶叶微量元素的溶出量有助于指导科学的饮茶方法，而且为进一步研究茶叶中微量元素存在形态提供了重要的实验数据14~6]. 电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)具有极低的检出限、宽的动态线性范围、干扰少、精度高、分析速度快等分析特性，比其它分析技术更具优越性17~81. 本文在用 ICP-MS测定几种茶叶中微量元素的基础上，研究了茶叶中微量元素随浸泡时间及冲泡次数不同的溶出量的关系，并用拟合方程描述了其溶出特性. 1实验部分 1.1仪器设备 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS， HP4500 型)分析仪 (Agilent 公司)，使用前用含 10 ng/LLi、Y、Ce和 T1的调谐溶液优化仪器参数，如表1所示. 表1E1 ICP-MS工作参数 Tab.1 Instrumental conditions and data acquisition parameters of ICP-MS 项目 参数 项目 参数 ( 收稿日期：20 0 2-06-25 ) ( *基金项目： 福 建省中药标准化项目(2000F001)资助. ) ( 作者简介：黄志勇(1963一)，男，博士研究生. ) ( 通讯作者：电话：0592-2186401 E-mail： xrwang@xmu.edu.cn ) RF 功率 1300 W 样品提升速率 1.0mL/min 采样深度 6.6 mm 分析模式 定量 等离子体气 16.0 L/min 每质量数采集数据点 3 辅助气 1.00 L/min 数据采集模式 跳峰 载气 1.07 L/min 驻留时间 30 ms 采样锥直径 1.0mm 重复采集数据次数 3 截取锥直径 0.8 mm 积分时间 0.1000s MK-II型光纤控压密闭微波熔样炉(上海新科微波技术应用研究所)； 1.2材料与试剂 用国家一级标准物质茶叶 GBW07605(地矿部物化探研究所)进行方法验证；微量元素混合标准储备液(100 mg/mL)(QCS19 美国)，用于制作标准工作曲线的标准溶液浓度为0、10、20、50、100 ng/mL； 所用化学试剂均为优级纯级分析纯，实验用水为超纯水(由Milli-Q50制备) 茶叶(碧螺春、乌龙茶、毛峰、茉莉花茶、云南滇红)均购自厦门市集美阿茂茶行. 1.3样品预处理 茶叶样品分别用食品用粉碎机粉碎并过60目筛，备用. 1.4样品消解 准确称取0.5 g的样品于Teflon消解灌中，用5 mL浓HNO3及1mL浓H202作为消解酸体系，加盖密闭后于微波消解炉中消解7 min(分4档，即：0.5MPa、1 min； 1.0 MPa、2 min； 1.5 MPa、2 min及1.0 MPa、2 min)， 冷却后取出，消解后溶液澄清透明，用超纯水定容至50 mL.测定Ca、Mn和Fe时，样品溶液再稀释200倍.以5mL浓HNO3及1mL浓H202按同样消解方法做空白试验.每个样品、空白及标准物质平行做3份试验以计算其平均值和相对标准偏差. 1.5茶叶中微量元素的溶出实验 1.5.1浸泡时间对微量元素溶出量的影响实验 分别准确称取3 g茶样于一系列的100 mL 的烧杯中，设置不同的茶叶浸泡时间系列：0、2、5、10、30、60和90min 向烧杯里加入30.00 mL刚沸超纯水.从加完沸水开始计时，按浸泡时间系列，每到一个浸泡时间，倾出烧杯内的茶汤，过滤，取滤液，贮于10mL聚乙烯试管内，用 ICP-MS 测定微量元素含量.每个浸泡时间做3次平行样. 1.5.2冲泡次数对微量元素溶出量的影响 准确称取3g 茶样100 mL 的烧杯中，加入 30.00 mL刚沸超纯水，从加完沸水开始计时，浸泡2 min， 倾出茶汤，过滤，滤液置于10mL试管内，为第一泡茶汤；用同样方法冲泡原茶叶共8次，分别收集8次过滤的茶汤于10 mL试管内，用 ICP-MS测定微量元素含量.每个茶样平行三次实验. 2结果与讨论 2.1标准茶样分析结果 为检验本测定方法的准确性，在选定条件下分析了国家一级标准物质茶叶 (GBW07605)，其测定结果和各元素的参考值列于表2，从表2中可知，除个别元素外，标准参考物质中大部分元素的回收率都在90%~110%之间，说明本实验的测量数据准确、可靠. 表2茶叶标准(GBW07605)微量元素测定结果 Tab.2 Measurement results of the certificate reference tea(GBW07605) (ug/g) 测定值 标准参考值 回收率/% Ca% 0.52±0.07 0.43±0.02 121 Mn 1363±12 1240±40 110 Fe 288±6 264±10 109 Co 0.19±0.01 0.18±0.02 104 Ni 4.9±0.05 4.6±0.3 108 Cu 18.1±0.14 17.3±1.0 105 Zn 24.7±0.05 26.3±0.9 94 As 0.35 0.28±0.03 125 Se 0.081±0.003 0.072 112 Cd 0.057 0.057±0.008 100 Pb 4.1±0.01 4.4±0.2 94 注：测定值的表达式为：其X±(S/√n)中X为测定平均值，S为标准偏差， n 为测定次数. 2.2茶叶样品微量元素含量 按上述标准物质的测定方法，用 ICP-MS 分别测定五种茶叶的微量元素含量，测定结果如表3所示： 表3茶叶样品微量元素的测定结果 Tab.3Measurement results of elemental concentration in tea samples (ug/g) 元素 茉莉 毛峰 乌龙茶 碧螺春 云南滇红 Al 495±11 542.8±7.7 838.9±17.9 353±17 736.7±23.0 Ca 1433±15 1690.5±41.6 1758.9±14.8 1356±33 1820±23 Mn 462.6±8.7 395.3±8.2 985.8±5.5 437±8 404.4±7.6 Fe 175.9±4.5 84.4±1.6 92.6±4.4 115.2±2.5 260.4±46.2 Co 0.148±0.002 0.195±0.002 0.225±0.003 0.102±0.005 0.205±0.003 Ni 4.24±0.05 3.27±0.05 2.42±0.02 4.97±0.14 5.47±0.08 Cu 18.2±0.2 15.76±0.16 8.16±0.11 12.0±0.3 17.27±0.23 Zn 48.0±0.5 40.2±0.2 17.97±0.16 42.9±0.7 28.0±0.3 Se 0.073±0.006 0.07±0.01 0.22±0.02 0.089±0.009 0.11±0.01 Pb 0.80±0.02 0.24±0.01 0.97±0.01 0.28±0.02 0.20±0.02 由表3可知，不同品种茶叶微量元素含量也不同，如乌龙茶比其其品种含有更丰富的Al、Mn 和 Se，这些元素都是人体必需的，它们参与人体生理代谢.而云南滇红富含 Al 和Fe.其它几个品种如茉莉花茶、毛峰和碧螺春富含锌.而在有毒重金属方面，所测茶样的铅含量均低于国家标准(≤2ug/g)， 其中 Pb 含量大于 0.5 ug/g 的为乌龙茶和茉莉花茶，含铅量高可能是由于种植的土壤污染或由于加工过程污染造成的，在茶叶生产中有毒重金属的含量应该是重点控制的项目. 2.3不同浸泡时间与茶叶中微量元素溶出量的关系 按照通常的饮茶习惯，将茶叶量与冲泡水的重量比定为1：10，以沸水冲泡，按实验方法研究6个不同浸泡时间茶叶中微量元素的溶出量，发现有些元素的溶出量(y， ug/g) 与浸 泡时间(x， min)的关系可用对数关系拟合，结果如表4所示. 表4 不同浸泡时间与茶叶微量元素的溶出关系 Tab. 4 Relationship between elemental dissolving rate of tea and different tea makingtime 元素 乌龙茶 碧螺春 对数方程 R² 对数方程 R² Al v=23.87lnx+42.133 0.9357 y=0.8724lnx+44.831 0.1207 Ca v=2.191lnx+41.849 0.5842 y=-2.0253lnx+38.187 0.8811 Mn v=33.62lnx+41.933 0.9021 y=22.59lnx+114.23 0.9725 Fe v=-0.11441nx+0.3408 0.3513 y=-0.1361lnx+3.9287 0.5632 Co v=0.0134lnx+0.0474 0.9251 v=0.011lnx+0.0688 0.8964 Ni v=0.1097lnx+0.6145 0.7381 v=0.3634lnx+2.1425 0.9651 Cu v=0.1675lnx+1.7605 0.5546 v=0.1736lnx+3.1374 0.4179 Zn v=0.282lnx+4.0623 0.5632 y=1.8027lnx+16.839 0.8483 As v=0.0048lnx+0.164 0.1736 v=0.0101lnx+0.0626 0.7753 Se v=0.0009lnx+0.0503 0.1441 v=0.0036lnx+0.0145 0.798 Pb v=-0.0162lnx+0.1869 0.9614 v=-0.0023lnx+0.0671 0.3854 从表4可知，茶叶中的有些微量元素的溶出量随着浸泡时间的延长呈对数线性增加，如A1、Mn、Co、Ni，其回归系数较高.但从斜率大小可知不同元素随时间的延长其溶出量的增加幅度不同，且同一元素在不同时间段的溶出率也不同.如Mn 在浸泡前 30 min 其溶出速度很大，而后溶出速度减缓.而有些元素的溶出量与浸泡时间的对数关系差(如图1(a)所示)，如Cu 和Zn 在浸泡前 10 min 时大部分已溶出，对乌龙茶和碧螺春这两种元素的溶出率(相对于总量)分别是30%、52%和24.5%、25%，但随浸泡时间的进一步延长， Cu 溶出率减缓而Zn贝增加. Se的溶出走势说明 Se 的溶出需要较长的浸泡时间. Pb元素的溶出性质比较特别，在浸泡前5 min 内铅的溶出率为：：118%(乌龙茶)和21%(碧螺春)，此后随浸泡时间延长，铅溶出量极微，说明茶汤中铅含量不能通过缩短浸泡时间来控制. (a) b 图1乌龙茶叶中元素的溶出量与浸泡时间及冲泡次数的关系 (a)与浸泡时间的关系；(b)与冲泡次数的关系 Fig. 11Content of elements dissolved in oolongtea v.s. time and times of making tea (a) time of making tea； (b)times of making tea 2.4不同冲泡次数与茶叶中微量元素溶出量的关系 以沸水冲泡茶叶(茶叶与水的重量比定为1：10)，按实验方法研究8个不同浸泡次数茶叶中微量元素的溶出量，发现多数元素的溶出量(y， ug/g)与浸泡次数(x)的关系可用指数关系拟合，结果如表5所示，同时对乌龙茶中几种微量元素的溶出量与冲泡次数作图(如图1(b)所示). ugg 表5 不同冲泡次数与茶叶微量元素溶出关系 Tab.5Relationship between elemental extraction rate and different times of making tea 元素 乌龙茶 碧螺春 指数方程 R 指数方程 R² Al v=42.831e-0.2593x 0.9906 v=31.794e-0.503x 0.9666 Ca y=52.096e-0.2148x 0.9161 y=34.954e-0.1504x 0.9309 Mn y=60.54e-0.3532x 0.9307 v=178，03e-0.7068r 0.9973 y=3.9458e-0.170° 707x 0.8397 y=1.8465e-0.033996 0.0944 y=0.0551e-0.303x 0.9917 y=0.082e-0.5464x 0.9979 y=0.5306e-0.2515x 0.9905 y=2.1485e-0.4346x 0.9881 y=2.2093e-0.1342x 0.8067 y=1.9907e-0.0368x 0.2327 y=4.4558e-0.2519x 0.8852 y=12.501e-0.3194x 0.8967 y=0.021e-0.3588x 0.4682 从表5及图1(b)可知，茶叶中微量元素的溶出量大多与冲泡次数成负指数关系，且在冲泡前4次时，元素的浸出率较高，而后浸出速度减缓.如乌龙茶在冲泡前4次时，A1、Mn、Zn和 Pb 的溶出率(总溶出量占茶叶总量)分别是11.3%、11.8%、53.1%和40.2%，而在后4次的冲泡中这四种元素的溶出率分别仅为4.0%、2.4%、22.4%和7.2%.在冲泡次数的实验中发现，茶叶中各元素的溶出特性各不相同，有些元素水溶性强，如Zn 和Pb等，茶叶富含的元素如 Al和Mn 等尽管冲泡次数增加，溶出率很低，说明这些元素与茶叶中有机成分结合的化合物水溶性差.这种元素的溶出特性在茶饮料加工中中得研究. 3结论 研究茶叶中微量元素含量及其溶出特性对茶叶质量控制及茶饮品的合理开发利用有重要作用.实验利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)准确测定了几种茶叶(乌龙茶、碧螺春、毛峰、茉莉花茶和云南滇红)中微量元素的含量.并通过国家一级标准茶叶样品验证了分析结果的准确性. 在对碧螺春和乌龙茶茶进行的浸出率研究中，发现随浸泡时间的延长，茶叶中有些微量元素的溶出量与时间呈对数关系的增量， 延长浸泡时间有助于营养元素的溶出，可溶性铅极易溶出，只有控制茶叶原料的铅污染才能有效减少茶汤中的铅含量；而随冲泡次数的增加，茶叶中多数微量元素的溶出率与次数呈负指数关系.研究茶叶中微量元素的溶出特性有助于进一步研究茶叶中元素的存在形态，并可为茶饮料的科学加工方法提供可靠的实验依据. 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College of bioengineering， Jimei University， Xiamen，361021， China) Abstract： The trace elements in five kinds of tea including Oolong， Biluochun， Maofeng，Jasmine tea andd Yunnan red tea were measured with inductively coupled plasma massspectrometry (ICP-MS) after digesting by microwave heating. The different rates of elementalextraction in Oolong and Biluochun made in different time and made for different times weredetermined. The measuring methodl was validated running the certificate reference tea(GBW07605) under the same conditions. The recoveries of the elements ranged mostly from 90%to 110%， and the RSDs were within 5%. The metals extracting characteristics could mostly bedescribed with logarithmic or exponential equation. Key words： inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)； tea； trace elements；extraction rate