ICP–OES法測(cè)定綠茶中7種重金屬元素的溶出量

崔莎莎，唐曉萍，王強(qiáng)，王寅超，周建

(北京出入境檢驗(yàn)檢疫局，北京 100026)

中國(guó)人自古就有喜愛飲茶的習(xí)慣，茶文化的發(fā)展已有四五千年的歷史。茶葉中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、氨基酸、脂類以及多種人體所必需的微量元素如錳、鐵、鋅、鎳、銅等［1–2］。同時(shí)由于重金屬污染，可能導(dǎo)致茶葉中一些有害重金屬元素含量過高。茶葉中重金屬元素含量過高時(shí)，這些重金屬從茶葉中溶出，并通過飲用被人體攝入，而溶出量與茶葉泡制的時(shí)間和次數(shù)有關(guān)系，當(dāng)重金屬元素超過一定量時(shí)，易引起重金屬中毒，危害人體健康。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了茶葉中各重金屬元素的限量值：Pb≤5 mg／kg，Cu≤60 mg／kg，鉻≤5 mg／kg，鎘≤1 mg／kg，砷≤2 mg／kg［3］。因此對(duì)茶葉中重金屬元素溶出量的研究，有助于指導(dǎo)科學(xué)的飲茶方式及鑒定茶葉的品質(zhì)，并且為進(jìn)一步研究茶葉中微量元素存在形態(tài)提供重要依據(jù)［4–10］。

測(cè)定重金屬元素一般采用原子吸收法［11–12］、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法［9，13–15］、電感耦合等離子體質(zhì)譜法［16–18］等。原子吸收法檢出限低，靈敏度高，分析精度好，但是對(duì)多元素同時(shí)分析尚有困難，效率低；電感耦合等離子體質(zhì)譜法擁有極高的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，分析速度快，譜線簡(jiǎn)單，干擾相對(duì)于光譜技術(shù)要少，但是儀器價(jià)格昂貴。

筆者用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP–OES)法對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的3種綠茶中7種金屬元素溶出量進(jìn)行了研究，模擬實(shí)際生活中的泡茶方式，考察了浸泡時(shí)間和浸泡次數(shù)對(duì)7種重金屬溶出量的影響，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP–OES)法測(cè)定茶葉中重金屬的新方法。該方法具有快速、干擾少、穩(wěn)定性好、檢出限低、靈敏度高、精密度好等優(yōu)點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：Prodigy XP型，美國(guó)Leeman公司；

電子天平：DF160A／160 g型，常熟衡器廠；

Fe，Cu，Mn，Ni，Zn，Cd，Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：均為1 000 μg／mL，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；

混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列：由Fe，Cu，Mn，Ni，Zn，Cd，Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液混合逐級(jí)稀釋而成，介質(zhì)為1%硝酸；

茶葉樣品：3種不同品牌，市售；

玻璃器皿：使用前用10%硝酸浸泡24 h以上，用自來水、超純水沖洗干凈備用；

HNO3：優(yōu)級(jí)純，北京化學(xué)試劑研究所；

實(shí)驗(yàn)用水：電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水。

1.2 儀器工作參數(shù)

射頻功率：1 200 W；載氣：氬氣，純度不小于99.999%；冷卻氣流量：20 L／min；輔助氣流量：0.4 L／min；泵流量：1.5 mL／min；霧化器壓力：0.2 MPa；提升時(shí)間：50 s；積分時(shí)間：20 s；積分次數(shù)：2次；觀測(cè)方式：水平。

1.3 樣品處理

分別稱取3 g 3種不同品牌的茶葉樣品，分別標(biāo)記為1#，2#，3#樣品，置于若干只200 mL燒杯中，用100 mL 100℃的超純水浸泡30 min，過濾后待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

儀器發(fā)射功率增加時(shí)信號(hào)明顯增強(qiáng)，但同時(shí)儀器噪音也增加，經(jīng)過調(diào)試選擇1 200 W作為分析功率；輔助氣流量的大小直接影響樣品溶液的吸出速率，增大輔助氣流量，可以使進(jìn)入等離子體的待測(cè)元素量增大、信號(hào)強(qiáng)度增大，但過大的輔助氣流量將會(huì)稀釋樣品，經(jīng)過調(diào)試選擇0.4 L／min作為輔助氣流量；霧化器壓力的增加會(huì)使待測(cè)元素強(qiáng)度增加，由于各待測(cè)元素的差異，霧化器壓力太大會(huì)導(dǎo)致某些元素的背景值也大幅增大，導(dǎo)致信噪比降低，經(jīng)調(diào)試選擇0.2 MPa作為霧化器壓力。

2.2 各元素分析波長(zhǎng)的選擇

元素分析波長(zhǎng)的選擇是否恰當(dāng)，直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。各元素都可以同時(shí)選擇多條特征譜線作為分析波長(zhǎng)，對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中各待測(cè)元素分別選取2～3條譜線作為分析波長(zhǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，考察待測(cè)元素譜線受干擾情況。經(jīng)過對(duì)比，最終確定待測(cè)元素響應(yīng)強(qiáng)度高、受共存元素干擾小的譜線作為分析波長(zhǎng)，各元素分析波長(zhǎng)見表1。

表1 各元素的分析波長(zhǎng)

2.3 浸泡時(shí)間對(duì)重金屬溶出量的影響

稱取3種茶葉樣品各3 g若干份于200 mL燒杯中，按1.3進(jìn)行處理，分別浸泡5，10，15，30，50，80 min，測(cè)定茶葉溶出液中的重金屬含量，考察不同的浸泡時(shí)間對(duì)重金屬元素溶出量的影響。不同浸泡時(shí)間下各重金屬元素溶出量測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 茶葉浸出液中重金屬含量與浸泡時(shí)間的關(guān)系 mg／kg

由表2可知，3種不同樣品中各種重金屬元素的含量有所不同。隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，各種重金屬含量隨之增加。Fe，Cu，Mn，Ni，Zn較易浸出；Zn的浸出量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但50 min后其浸出量基本不再變化；Cu，Ni元素在浸泡前期浸出量較小，30 min后浸出趨勢(shì)逐漸增大；Fe，Mn的浸出量隨時(shí)間的延長(zhǎng)均有增加的趨勢(shì)，但對(duì)于3#樣品Fe浸出量的增加趨勢(shì)不明顯；隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，Mn的浸出量增加幅度不盡一致，可能與樣品中該元素的初始濃度有關(guān)。Cd，Pb的含量均低于儀器檢出限，在3種茶葉樣品中均未檢出。

2.4 重金屬元素溶出量與浸泡次數(shù)的關(guān)系

稱取上述3種茶葉各3 g于200 mL燒杯中，加入100 mL 100℃的超純水浸泡，30 min后過濾，茶水標(biāo)記為第1次浸液；隨后加入100 mL 100℃的超純水浸泡1次殘?jiān)?0 min后過濾，茶水標(biāo)記為第2次浸液；繼續(xù)加入100 mL 100℃的超純水浸泡2次殘?jiān)?0 min后過濾，茶水標(biāo)記為第3次浸液。對(duì)3種茶葉浸泡后的第1次浸液、第2次浸液、第3次浸液中重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。

表3 不同浸液中重金屬含量 mg／kg

由表3可知，隨著茶葉浸泡次數(shù)的增加，茶葉浸出液中重金屬元素的含量逐漸降低。說明飲茶時(shí)先洗茶可以除去部分金屬元素，避免某些有害金屬元素含量過高給人體健康帶來危害，但洗茶時(shí)茶葉的浸泡時(shí)間也不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)造成對(duì)人體有益的微量元素的流失。茶葉中Mn的含量高，這可能與茶樹是聚錳植物有關(guān)。

2.5 線性方程與檢出限

在確定的儀器測(cè)量條件下，將配制好的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列引入光譜儀，以各元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以發(fā)射的譜線強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線。對(duì)空白溶液進(jìn)行11次測(cè)定，計(jì)算各元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為檢出限。本方法各測(cè)定元素的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限見表4。

表4 各元素的線性方程與檢出限

由表4可知，7種重金屬元素的檢出限在0.012～0.622 mg／kg之間，滿足對(duì)茶葉中重金屬元素測(cè)定的要求。

2.6 精密度試驗(yàn)

分別稱取7份3 g茶葉樣品于燒杯中，每個(gè)樣品中分別加入一定量的鎘（0.003 μg／mL）、鉛（0.2 μg／mL）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.3方法進(jìn)行處理，同時(shí)做樣品空白，測(cè)定7種重金屬元素的含量，結(jié)果見表5。

表5 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，各元素測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%，說明該方法精密度較好。

2.7 加標(biāo)回收試驗(yàn)

分別稱取7份3 g茶葉樣品于燒杯中，每個(gè)樣品中分別加入一定量的鐵、銅、錳、鎳、鋅、鎘、鉛單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.3方法進(jìn)行處理，同時(shí)做樣品空白，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 回收試驗(yàn)結(jié)果（n=7）

由表6可知，方法回收率在100%～109.55%之間，說明該方法具有較高的準(zhǔn)確度。

3 結(jié)語

ICP–OES法能同時(shí)測(cè)定茶葉樣品中多種元素，穩(wěn)定性好，干擾少，檢出限低，方法具有良好的精密度與準(zhǔn)確度，可滿足茶葉分析結(jié)果的需要。

茶葉浸泡次數(shù)對(duì)微量元素影響較大，第1次浸液中微量元素含量最高，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)與浸泡次數(shù)的增多，金屬元素的溶出量增多。洗茶可以去除部分重金屬，減少對(duì)人體危害。但洗茶時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致人體必需的大量微量元素的流失。不同品種的茶中重金屬元素含量有所不同，人們應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期飲用同一種茶，否則可能引起某種重金屬元素在體內(nèi)累積，對(duì)人體健康有一定的影響。

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