使用 ICP-MS 和 Agilent Mass Profiler Professional 软件判别茶叶的原产地

前言

茶是世界上广受欢迎的饮料之一，因此成为一种高价值的农产品[1]。印度是仅次于中国的世界第二大茶叶生产国，其中大部分茶叶产自东北部的阿萨姆邦、西孟加拉邦和特里普拉邦。另外还有茶叶种植园位于康格拉（印度北部）和尼尔吉里（印度南部）。总体而言，印度茶分为三类：阿萨姆红茶（种植最多的品种）、大吉岭茶（优质且市场价值高）和尼尔吉里红茶（因风味独特而闻名）。

制造商将不同品种的茶混合在一起，创造出具有均衡风味的良好一致性的产品。此外，混合有助于减轻高需求茶叶品种的压力，例如仅在西孟加拉邦种植的大吉岭茶。然而，如果消费者购买了一包大吉岭茶，他们很难根据标签了解茶叶的质量和产地。大吉岭茶等具有高市场价值的茶叶品种越来越多地成为食品造假者的目标，他们经常通过替换、掺假或虚贴标签，以牟取经济利益[3]。知名产地的茶叶（及其他食品）更容易出现掺假，尤其是在需求高于产量的情况下。为了保护消费者和生产者的利益免受食品掺假的影响，需要使用分析方法区分茶叶的原产地并验证其真伪。

植物种类、土壤类型、环境因素和农作方式（包括灌溉和化肥的使用）是影响用于生产食品和饮料的农产品元素组成的因素。通常在对样品进行微波辅助酸消解之后，使用 ICP-MS 对食品中的各种元素进行分析[4-6]。这些多元素分析结果提供了每个样品的“元素指纹”，代表了样品的原产地。这些数据有助于进行食品真伪研究，现已应用于茶叶、香料和大米等食品中[3, 7, 8]。

安捷伦 ICP-MS 仪器采用八极杆反应池系统 (ORS 4 )，其经过优化，可利用氦 (He) 碰撞模式和动能歧视 (KED) 去除所有常的多原子重叠[9]。He KED 模式支持多种元素使用相同的池设置，为食品真伪研究提供了高质量的多元素数据集。安捷伦 ICP-MS 数据与 Agilent Mass Profiler Professional (MPP) 软件兼容。MPP 是一种化学计量学软件包，用于处理大型质谱(MS) 数据集。MPP 包含多种数据分类方法，使分析人员能够建立稳健的模型来预测未知样品的属性（如样品来源）。

安捷伦 ICP-MS（例如 7850 和 7900）拥有超过 10 或 11 个数量级的浓度线性动态范围，能够在一次运行中测量样品中的主量和痕量分析物。在宽动态范围下，无需对主量元素进行特别的仪器条件调整，从而简化了方法设置过程，同时还可确保减少由超范围结果引起的重新运行次数。

本研究使用 Agilent 7850 ICP-MS 分析了 150 个茶叶样品的“元素指纹”。这些样品采集自印度的八个地区的相同生长季节。使用 MPP 软件处理从 7850 ICP-MS 获得的元素数据。初步的主成分分析 (PCA) 结果表明，可以根据测量的 68 种元素中 18 种的浓度差异来区分茶叶的原产地。因此，选择这18 种元素进行后续的分析。利用不同的分类预测算法，通过MPP 软件建立预测模型，然后使用这些预测模型来识别 24 个“未知”测试样品的来源。