微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定茶葉中硒含量

陳雙，陳峰

寧德師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院（寧德 352100）

1935年，中國(guó)黑龍江克山縣發(fā)現(xiàn)一種地方性心肌病，且發(fā)病率極高，命名為克山病，經(jīng)過大量研究和探索，最終發(fā)現(xiàn)這種疾病是由于缺硒引起的[1]。1973年世界衛(wèi)生組織將硒列為人類和動(dòng)物生命中必不可少的微量元素[2]，說明硒對(duì)人體是非常重要的一種元素。研究發(fā)現(xiàn)，適量硒具有增強(qiáng)機(jī)體免疫功能的作用，缺硒會(huì)引起各種不同程度的疾病[3]，因而對(duì)食品中硒含量進(jìn)行檢測(cè)具有重要意義。

寧德市部分縣市的土地所含有的硒元素較多，當(dāng)?shù)貓?bào)紙、新聞多有報(bào)導(dǎo)，其中壽寧有58萬(wàn)余畝富硒土壤。市面上富硒農(nóng)產(chǎn)品種類繁多，包括富硒大米、紅豆、綠豆、富硒土雞蛋、魚腥草、金絲扣、高山野生茶等。富硒茶中不僅含有對(duì)人體有益的有機(jī)硒，還含有茶多酚、兒茶素、咖啡堿、氨基酸和其他微量元素，可以起到預(yù)防人體疾病的作用[4]。富硒茶作為當(dāng)?shù)馗晃厣r(nóng)產(chǎn)品之一，并沒有很好地進(jìn)行對(duì)外宣傳，導(dǎo)致市面上并不是很了解當(dāng)?shù)馗晃璁a(chǎn)品。品質(zhì)優(yōu)良的富硒茶葉，可以明顯提高經(jīng)濟(jì)效益，提高當(dāng)?shù)厥杖胨剑瑒?chuàng)收創(chuàng)富。

茶葉中硒含量最常用的檢測(cè)方法有分光光度法[5]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[6]、原子熒光光譜法[7]等。原子熒光法是新近發(fā)展起來(lái)的測(cè)定元素的方法，該方法簡(jiǎn)單、快速、用量少、靈敏度高，能檢測(cè)到含量極低的微量元素，用此方法進(jìn)行測(cè)量元素含量，更加科學(xué)有效。儀器設(shè)備的要求較低且經(jīng)濟(jì)，測(cè)量使用的溶液僅需較少體積就能滿足要求。對(duì)比原子吸收光譜法，它的儀器信噪優(yōu)秀，因此在元素檢測(cè)上有更廣闊的應(yīng)用成果。微波消解法作為一種近年來(lái)較為熱門的消解方法，具有樣品分解快速、完全，揮發(fā)性元素小，試劑消耗少，操作簡(jiǎn)單，處理效率高等特點(diǎn)[8]，深受分析工作者喜歡。

試驗(yàn)使用微波消解法處理茶葉樣品并采用原子熒光光譜法測(cè)定茶葉中的硒含量，以期給茶農(nóng)種植茶葉提供科學(xué)參考，同時(shí)給消費(fèi)者選購(gòu)提供正確指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

硒粉、30%過氧化氫（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氫氧化鉀、硼氫化鈉、鐵氰化鉀、硝酸、高氯酸、鹽酸（均為分析優(yōu)級(jí)純）；茶葉樣品（采自壽寧縣和周寧縣）。

電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；電熱板（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；微波消解儀（上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）；雙道原子熒光光度計(jì)（北京海光儀器有限公司）；粉碎機(jī)（永康市天祺盛世工貿(mào)有限公司）；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予化儀器有限公司）。

1.2 原子熒光光譜儀的條件設(shè)定

原子熒光光譜儀的條件見表1。

1.3 硒標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

分別取0，0.05，0.10，0.20，0.30，0.50，1.00和2.00 mL的0.25 μg/mL的硒標(biāo)準(zhǔn)工作液于50 mL容量瓶中，分別加入2 mL濃鹽酸、1 mL鐵氰化鉀溶液，用水定容至刻度，搖勻，置于雙道原子熒光光度計(jì)中測(cè)定，制作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.4 儀器檢出限的測(cè)定

取硒標(biāo)準(zhǔn)空白溶液置于原子熒光光度計(jì)上，連續(xù)測(cè)量11次空白溶液熒光值的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，將單次標(biāo)準(zhǔn)空白溶液的測(cè)量值xi跟平均測(cè)量值x的值來(lái)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，根據(jù)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光信號(hào)值If和標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度c的比值來(lái)計(jì)算出工作曲線的斜率k，根據(jù)式（1）得出檢出限D(zhuǎn)L。

1.5 儀器精密度的測(cè)定

取熒光強(qiáng)度值2 000～5 000的10.0 μg/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液置于原子熒光光度計(jì)上，連續(xù)7次測(cè)定的熒光值的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以測(cè)量平均值得到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD，即式（2）。

1.6 微波消解法的最佳條件測(cè)定

1.6.1 微波消解儀的設(shè)備條件

稱取0.200 0 g處理好的茶葉樣品置于聚二氯乙烯消解罐中，加入8 mL硝酸、2 mL 30%過氧化氫，置于常溫下預(yù)消解30 min，后蓋上消解罐內(nèi)蓋，晃動(dòng)，裝外套置于微波消解儀中，設(shè)定微波消解程序進(jìn)行消解，消解完畢，取出，于通風(fēng)櫥內(nèi)冷卻至室溫，打開消解罐，查看消解情況。平行試驗(yàn)3組。

1.6.2 微波消解茶葉的硝酸的最佳含量測(cè)定

稱取0.200 0 g處理好的茶葉樣品置于消解罐中，分別加入5，6，7，8，9和10 mL硝酸和2 mL 30%過氧化氫，置于常溫下預(yù)消解30 min，后蓋上消解罐內(nèi)蓋，來(lái)回振蕩均勻，裝外套置于微波消解儀中進(jìn)行消解，消解完畢，將消解罐取出，置于通風(fēng)櫥內(nèi)冷卻至室溫，打開消解罐，置于電熱板上加熱趕酸，直至冒白煙，冷卻，加2 mL鹽酸、1 mL 100 g/L的鐵氰化鉀溶液，混勻，定容至50 mL，置于原子熒光光度計(jì)上測(cè)量熒光值。每組平行試驗(yàn)3組。

1.6.3 微波消解茶葉的過氧化氫的最佳含量測(cè)定

稱取0.200 0 g處理好的茶葉樣品置于事先通過超聲波清洗干凈的消解罐中，分別加入0，1，2，3，4 mL 30%過氧化氫和8 mL硝酸，置于常溫下預(yù)消解30 min，后蓋上消解罐內(nèi)蓋，晃動(dòng)，裝外套置于微波消解儀中進(jìn)行消解，消解完畢，取出，于通風(fēng)櫥內(nèi)冷卻至室溫，打開消解罐，置于電熱板上加熱趕酸，直至冒白煙，冷卻，加2 mL鹽酸、1 mL 100 g/L鐵氰化鉀溶液，混勻，定容至50 mL，置于原子熒光光度計(jì)上測(cè)量熒光值。每組平行試驗(yàn)3組，并做空白對(duì)照。

1.7 茶葉硒含量的測(cè)定

稱取0.200 0 g處理好的茶葉樣品置于消解罐中，加入8 mL的硝酸和1 mL的過氧化氫置于常溫下預(yù)消解30 min，后蓋上消解罐內(nèi)蓋，晃動(dòng)，裝外套置于微波消解儀中進(jìn)行消解，消解完畢，取出，于通風(fēng)櫥內(nèi)冷卻至室溫，打開消解罐，置于電熱板上加熱趕酸，直至冒白煙，冷卻，加2 mL鹽酸、1 mL 100 g/L的鐵氰化鉀溶液，混勻，定容至50 mL，置于原子熒光光度計(jì)上測(cè)量熒光值。每組平行試驗(yàn)3組，并做空白對(duì)照。試樣中的硒含量根據(jù)式（3）計(jì)算[9]。

式中：X為樣品硒含量，mg/kg；c為樣液中硒濃度，μg/L；V為樣液總體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g。

1.8 茶葉加標(biāo)回收率的測(cè)定

稱取0.200 0 g處理好的茶葉樣品按1.7的方法進(jìn)行消解和趕酸，至冒白煙，分別加入0.1，0.5和2.0 μg/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，加2 mL鹽酸、1 mL 100 g/L鐵氰化鉀溶液，混勻，定容至50 mL，置于原子熒光光度計(jì)上測(cè)量熒光值，通過熒光值計(jì)算硒含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 硒標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線

圖1為經(jīng)重復(fù)測(cè)定8次，計(jì)算平均值，繪制的硒標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，系標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)為0.999 9，回歸方程為If=344.620 2c+4.77，曲線符合線性規(guī)律，說明熒光強(qiáng)度與硒質(zhì)量濃度在0～10 μg/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。

圖1 硒標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 儀器的檢出限

連續(xù)測(cè)定11次空白溶液的熒光強(qiáng)度，經(jīng)式（1）計(jì)算的檢出限D(zhuǎn)L為0.021 8 ng/mL。

2.3 儀器的精密度

選用10.0 μg/L系標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行精密度測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)偏差為46.229，精密度為1.379%，測(cè)得樣品的精密度小于5%，說明樣品在消解和測(cè)定的過程中平行性較好，有良好精密度。

2.4 微波消解儀的消解條件

茶葉按表2的消解程序進(jìn)行消解，使用階段1低溫消解，階段2中溫消解，階段3高溫消解，改變使用說明書中直接持續(xù)高溫消解的方法，更有利于茶葉消解完全，且消解時(shí)間更快，也不會(huì)使罐中溫度一下升至過高使壓力過大，讓防爆膜破裂。從消解結(jié)果來(lái)看，罐中的茶葉樣品完全消解完畢，溶液呈淡黃色的清液，防爆膜沒有破裂，說明方法可將茶葉消解完全，安全有效。

表2 微波消解程序

2.5 原子熒光光譜法的條件

測(cè)量硒含量的時(shí)候，過高的負(fù)高壓會(huì)使儀器產(chǎn)生大量的噪音，影響整個(gè)溶液的精確性，影響儀器的運(yùn)行，因此選擇300 V負(fù)高壓進(jìn)行測(cè)量硒含量。燈電流的大小也與元素的熒光信號(hào)強(qiáng)度、信噪比有關(guān)系，過高的燈電流不僅會(huì)使靈敏度下降，也會(huì)使燈的壽命下降，選擇80 mA的燈電流進(jìn)行硒含量的測(cè)定[7]。載流大小和屏蔽氣流量大小會(huì)對(duì)火焰造成明顯的干擾，進(jìn)而影響元素測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此選擇說明書中較為中等的流量大小，載氣流量300 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min。

2.6 掩蔽劑的選擇

茶葉中含有較多的金屬離子，若不進(jìn)行處理，這些金屬離子會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生明顯的干擾，向其中加入鐵氰化鉀溶液，可以有效抑制Ca2+、Cu2+、Bi3+、Hg2+、Zn2+等離子的干擾，進(jìn)而提高熒光作用。加入鐵氰化鉀溶液之后，無(wú)需將溶液放置6 h，可直接混勻后上機(jī)測(cè)定[10]。

2.7 微波消解茶葉的硝酸的最佳含量

圖2為熒光強(qiáng)度隨硝酸含量變化的影響趨勢(shì)圖。硝酸加入的量越多，消解的效果越好，熒光強(qiáng)度越大，在8 mL時(shí)達(dá)到峰值，之后下降，說明消解的硝酸的量不是越多越好，過多的硝酸量會(huì)抑制樣品中硒的轉(zhuǎn)化，使熒光降低，且過多的硝酸在檢測(cè)時(shí)易產(chǎn)生大量酸性氣體，會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生一定損壞。說明在過氧化氫1 mL、硝酸8 mL時(shí)進(jìn)行消解和檢測(cè)，可以達(dá)到檢測(cè)的最佳條件。

2.8 微波消解茶葉的過氧化氫的最佳含量

圖3為熒光強(qiáng)度隨過氧化氫含量變化的影響趨勢(shì)圖。加入1 mL過氧化氫時(shí)消解效果更好，熒光強(qiáng)度相較不加過氧化氫組有明顯的上升，但加入過氧化氫過多時(shí)反而熒光強(qiáng)度下降，由于加入硝酸和過氧化氫預(yù)消解30 min，過氧化氫產(chǎn)生大量的氣體，氣體將部分茶葉樣品帶至空氣中，使茶葉的質(zhì)量減少，進(jìn)而導(dǎo)致熒光強(qiáng)度變小。因此，硝酸8 mL時(shí)，加1 mL過氧化氫進(jìn)行消解測(cè)量，可以達(dá)到檢測(cè)的最佳條件。

圖2 硝酸用量對(duì)原子熒光強(qiáng)度的影響

圖3 過氧化氫用量對(duì)原子熒光強(qiáng)度的影響

2.9 茶葉硒含量的分析

如表3所示，經(jīng)連續(xù)測(cè)定后，測(cè)得采自周寧的茶葉硒含量平均值為0.276 5 mg/kg，采自壽寧的茶葉硒含量平均值為0.139 5 mg/kg，根據(jù)富硒茶含量為0.20～4.00 mg/kg[11]，可知采自周寧的茶葉符合富硒茶的標(biāo)準(zhǔn)，而采自壽寧的茶葉硒含量小于0.20 mg/kg，不符合富硒茶的標(biāo)準(zhǔn)。所以壽寧雖然富硒土壤較多，但并非所有產(chǎn)自壽寧的茶葉均為富硒茶，消費(fèi)者應(yīng)謹(jǐn)慎選購(gòu)。

表3 周寧和壽寧茶葉硒含量

2.10 茶葉加標(biāo)回收率

表4 茶葉加標(biāo)回收率

表4為在茶葉中加入不同量的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)得樣品中的硒加標(biāo)回收率為95%～104%，說明此方法的精確度較高，滿足分析要求。

3 結(jié)論

采用微波消解法消解茶葉，并對(duì)硝酸和過氧化氫的用量進(jìn)行優(yōu)化，硝酸8 mL和過氧化氫1 mL進(jìn)行消解時(shí)，可將0.200 0 g茶葉消解完全，且熒光強(qiáng)度較好。通過原子熒光光譜法進(jìn)行測(cè)定，測(cè)得采自周寧縣的茶葉硒含量平均值為0.276 5 mg/kg，采自壽寧縣茶葉的硒含量平均值為0.139 5 mg/kg，檢出限D(zhuǎn)L為0.021 8 ng/mL，精密度為1.379%，硒加標(biāo)回收率為95%～104%。經(jīng)測(cè)量周寧的茶葉樣品符合富硒茶的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)卮迕窈驼梢愿鶕?jù)此方法進(jìn)行引導(dǎo)和扶持，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)夭枞~的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提升茶葉品質(zhì)，提升茶葉的經(jīng)濟(jì)附加值，提高經(jīng)濟(jì)收益。采自壽寧的茶葉樣品硒含量小于0.20 mg/kg，不符合富硒茶的標(biāo)準(zhǔn)，所以壽寧雖然富硒土壤較多，但并非所有產(chǎn)自壽寧的茶葉均為富硒茶，消費(fèi)者應(yīng)謹(jǐn)慎選購(gòu)。