離子色譜法測(cè)定茶葉中4種陰離子

魏泉增 ，李文娟，王曼曼，肖付剛

1. 許昌學(xué)院食品與生物工程學(xué)院（許昌 461000）；2. 河南省食品安全生物標(biāo)識(shí)快檢技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)（許昌 461000）

中國(guó)是茶葉的故鄉(xiāng)，4 700多年前神農(nóng)時(shí)代開(kāi)始種植茶葉，飲茶歷史悠久。茶已成為世界上除水以外消耗量最大的飲料[1]。常見(jiàn)的茶有綠茶、紅茶等[2]。茶葉中含有F-、Cl-、等陰離子，在日常飲茶過(guò)程中，適當(dāng)?shù)臄z入某些無(wú)機(jī)陰離子對(duì)人體有益，但是過(guò)量攝入某些陰離子將會(huì)對(duì)人體造成潛在影響。F-是人體內(nèi)的必需微量元素，Cl-、、和等則是人體必需的大量元素。攝入適量的F-有利于牙齒健康，防止齲齒發(fā)生；但攝入過(guò)量F-對(duì)身體有害，易造成斑釉齒癥或氟骨癥。人體中適量Cl-可以維持細(xì)胞外液的容量和滲透壓，維持體液的酸堿平衡；但攝入過(guò)量Cl-，則使人體內(nèi)Cl-濃度過(guò)高，易患高氯血癥；人體中適量可以維持人體酸堿平衡，對(duì)軟化血管有益，有利于腸胃健康；但攝入過(guò)量，人體中濃度過(guò)高，易造成腹瀉、腹痛、水土不服等現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)使骨骼變軟。人體中易被還原為，而可與蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物仲胺類物質(zhì)生成致癌物亞硝胺，容易引起食物中毒，甚至致癌、致畸變，嬰兒易患蘭嬰兒綜合征[1]。因此對(duì)茶葉中陰離子的含量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)保護(hù)人體的身體健康具有一定意義。

測(cè)定茶葉中無(wú)機(jī)陰離子的方法有很多。按照GB/T 5009.18—2003中用比色法測(cè)定茶葉中的氟離子，其操作繁瑣，需要花費(fèi)較多的人力、時(shí)間和試劑等。張效偉等[3]用毛細(xì)管電泳分離間接檢測(cè)方法測(cè)定茶葉中的陰離子，其各種陰離子的檢出限的范圍為0.11～0.82 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2%～3.8%；丁冰泉等[4]用滴定法測(cè)定水樣中的氯離子，其檢出限為1 mg/L；謝永洪等[5]在傳統(tǒng)比濁法的基礎(chǔ)上，用流動(dòng)注射比濁法測(cè)定水樣中的硫酸根離子，其檢出限為0.468 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.2%；張勇等[6]用分光光度法測(cè)定水樣中的硝酸根離子，其計(jì)算結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%。采用C18小柱預(yù)處理茶葉[7]，檢測(cè)茶葉中的F-，測(cè)定結(jié)果大于農(nóng)業(yè)部規(guī)定值。鄭遠(yuǎn)利等[8]利用C18小柱預(yù)處理茶湯，測(cè)定茶葉中的離子，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.07%～4.20%之間。這幾種測(cè)定方法的前處理復(fù)雜，檢出限和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較高，試驗(yàn)方法的靈敏度和準(zhǔn)確性不強(qiáng)。

離子色譜問(wèn)世以來(lái)，一直是分析化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快的分析技術(shù)之一[9-10]，被廣泛應(yīng)用于各種物質(zhì)的檢測(cè)[11-13]。試驗(yàn)利用高溫灰化前處理技術(shù)，離子色譜技術(shù)測(cè)定茶葉中F-、Cl-、和這4種離子含量。

1 材料與方法

1.1 材料

碧螺春、黃山毛峰、西湖龍井、信陽(yáng)毛尖、信仰紅、正山小種、祁門(mén)紅茶、金絲滇紅茶葉（胖東來(lái)生活廣場(chǎng)超市）；氟離子、氯離子、硝酸根離子、硫酸根離子（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心）；超純水。

1.2 試驗(yàn)儀器

離子色譜儀（IC6000型，色譜柱SI-52 4E型，自動(dòng)進(jìn)樣器AS2800，安徽皖儀科技股份有限公司）；超聲波清洗器（上海聲彥超聲波儀器有限公司）；高純水儀器（湖南科爾頓水務(wù)有限公司）；分析天平（上海佑科儀器儀表有限公司）。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精密稱取有機(jī)純品氟化鈉、氯化鈉、硝酸鉀和硫酸鈉溶于超純水中制成混合標(biāo)準(zhǔn)品母液，使混合標(biāo)準(zhǔn)母液中F-、Cl-、和的質(zhì)量濃度分別為200，500，1 000和2 000 μg/mL。將母液通過(guò)逐級(jí)稀釋，配成5組濃度梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，5組混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度見(jiàn)表1，待測(cè)。混合標(biāo)準(zhǔn)母液最長(zhǎng)保留時(shí)間不能超過(guò)1周。

表1 5組混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度

1.4 離子色譜條件

SI-52 4E型陰離子色譜柱，淋洗液3.6 mmol/L碳酸鈉，流速0.7 mL/min，柱溫45 ℃，池溫40 ℃，抑制器電流40 mA，滿程進(jìn)樣。

1.5 工作曲線制作及檢出限測(cè)定

按照表1中不同離子的濃度，由低濃度到高濃度依次進(jìn)樣分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。檢出限按式（1）計(jì)算。

式中：SD為連進(jìn)3針的標(biāo)準(zhǔn)偏差；k為工作曲線斜率。

1.6 茶葉樣品前處理

將干燥的茶葉樣品粉碎，充分磨碎均勻后各取0.500 0 g，分別放入坩堝內(nèi)。用電爐低溫加熱炭化，移入馬弗爐中550 ℃灰化5 h，冷卻取出[14]。將灰化完全的茶葉樣品置于50 mL的小燒杯中，加入少量高純水溶解，使茶葉樣品中的陰離子充分溶解，定容至50 mL，用0.45 μm濾膜過(guò)濾，采用離子色譜測(cè)定。

1.7 精密度試驗(yàn)

用黃山毛峰茶葉，平行測(cè)定3次，測(cè)定茶葉中不同離子的含量。

1.8 加標(biāo)回收試驗(yàn)

采用標(biāo)準(zhǔn)加入法對(duì)茶葉樣品做3個(gè)水平加標(biāo)回收試驗(yàn)（各做3次平行），進(jìn)行回收率試驗(yàn)。

1.9 樣品測(cè)定

用碧螺春、黃山毛峰、西湖龍井、信陽(yáng)毛尖、信仰紅、正山小種、祁門(mén)紅茶、金絲滇紅8個(gè)茶品種，測(cè)定茶葉樣品中陰離子的含量。采用Minitablet 17統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）和Tukey法顯著性分析（p＜0.05）；用Origin 2015軟件制圖。結(jié)果采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種陰離子色譜圖

如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖中F-峰和Cl-峰的分離度為7.42，Cl-峰和峰的分離度為24.53，峰和峰的分離度為7.43，表明方法對(duì)F-、Cl-、、這4種陰離子的分離效果較好。

圖1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

4種陰離子線性回歸方程，其混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖、線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)見(jiàn)圖1和表2。結(jié)果表明，氟離子在1～100 mg/kg濃度范圍內(nèi)有良好線性關(guān)系；氯離子在2.5～250 mg/kg濃度范圍內(nèi)有良好線性關(guān)系；硝酸根離子在5～500 mg/kg濃度范圍內(nèi)有良好線性關(guān)系；硫酸根離子在10～1 000 mg/kg濃度范圍內(nèi)有良好線性關(guān)系。同時(shí)，4種陰離子檢出限：F-0.5 mg/kg，Cl-0.5 mg/kg，1.5 mg/kg，1.0 mg/kg，表明方法的靈敏度較好。

表2 F-、Cl-、和的線性方程和相關(guān)系數(shù)

表2 F-、Cl-、和的線性方程和相關(guān)系數(shù)

陰離子 線性方程 相關(guān)系數(shù)氟離子 y=1 004 645.9x-38 978.0 0.999 653氯離子 y=734 560.7x-48 060.2 0.999 309硝酸根離子 y=372 478.2x-92 493.6 0.999 344硫酸根離子 y=608 758.9x-315 660.3 0.999 006

2.3 精密度試驗(yàn)

為了考察該試驗(yàn)方法精密度，在相同色譜條件下，將黃山毛峰茶葉樣品分別進(jìn)行3次重復(fù)進(jìn)樣分析，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的RSD，結(jié)果見(jiàn)表3。結(jié)果顯示，茶葉樣品中陰離子測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均較小，表明該方法的精密度較好。

表3 4種陰離子的精密度試驗(yàn)

2.4 加標(biāo)回收

對(duì)茶葉樣品及加標(biāo)樣品進(jìn)行進(jìn)樣分析。根據(jù)式（2）計(jì)算測(cè)定結(jié)果的加標(biāo)回收率，結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果顯示，茶葉樣品中4種陰離子加標(biāo)回收率為97.10%～113.0%，表明方法的準(zhǔn)確度較高。

表4 加標(biāo)回收率

2.5 實(shí)際樣品分析

茶葉樣品中F-、Cl-、這4種陰離子色譜圖見(jiàn)圖2，結(jié)果見(jiàn)表5。綠茶中F-含量小于紅茶中F-，綠茶中的Cl-與紅茶中的Cl-差別不大，綠茶的含量大于紅茶中，綠茶中含量大于紅茶中張效偉等[3]檢測(cè)茶葉中Cl-含量在1 420～2 830 mg/kg之間，石元值等[7]檢測(cè)茶葉中的含量在10.2～228.2 mg/kg之間，采用該方法測(cè)定茶葉中的離子與前人報(bào)道的結(jié)果相似。用超聲法[15]對(duì)茶葉樣品進(jìn)行前處理，再經(jīng)柱，得到樣品溶液，但是這種茶葉樣品前處理方法不能完全除去有機(jī)酸，與F-的保留時(shí)間接近，測(cè)量誤差較大。采用馬弗爐灰化處理，可以完全除去茶葉樣品中的有機(jī)化合物，消除有機(jī)酸對(duì)茶葉中無(wú)機(jī)陰離子的干擾，使F-、Cl-、離子的測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確，同時(shí)提高分離柱的靈敏度，延長(zhǎng)分離柱的使用壽命。NY 659—2003規(guī)定茶葉中氟含量不得超過(guò)200 mg/kg，這些茶葉中氟含量檢測(cè)結(jié)果遠(yuǎn)低于農(nóng)業(yè)部規(guī)定的范圍，沒(méi)有超標(biāo)。除氟離子外，茶葉中的其他陰離子的限量值還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 茶葉樣品中離子色譜圖

表5 茶葉中F-、Cl-、 4種離子 mg/kg

表5 茶葉中F-、Cl-、 4種離子 mg/kg

品種 F- Cl- NO3-SO42-碧螺春 12.51±0.21e 780.53±15.41c 31.43±0.93b 2 848.40±57.40b黃山毛峰 12.92±0.35e 297.13±6.98e 32.00±0.71b 2 857.20±111.90b西湖龍井 6.01±0.15f 336.33±10.31de 34.56±0.78a 2 777.40±95.20b信陽(yáng)毛尖 7.02±0.2f 444.47±8.11d 35.16±1.01a 3 432.70±95.20a信仰紅 89.2±0.95c 2 649.92±84.62a 7.70±0.10c 61.73±2.18c正山小種 92.32±1.7b 1 234.71±51.30b 3.70±0.10d 64.87±2.15c祁門(mén)紅茶 117.42±0.86a 1 208.21±38.62b 3.50±0.10d 68.6±1.13c金絲滇紅 54.21±1.01d 749.47±15.67c 3.77±0.15d 58.4±1.08c注: 同列小寫(xiě)字母不同, 表示差異顯著 (p＜0.05)

3 結(jié)論

試驗(yàn)通過(guò)對(duì)茶葉樣品在馬弗爐中550 ℃高溫灰化5 h，溶解，經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾的處理，采用離子色譜測(cè)定茶葉中的多種陰離子，綠茶中F-含量在6.0～13.0 mg/kg范圍內(nèi)，Cl-含量在299.4～784.3 mg/kg范圍內(nèi)，含量在31.0～35.1 mg/kg范圍內(nèi)，含量在2 784.0～3 458.0 mg/kg；紅茶中F-含量在54.4～116.5 mg/kg范圍內(nèi)，Cl-含量在752.5～2 681.1 mg/kg范圍內(nèi)，含量在3.7～7.8 mg/kg范圍內(nèi)，含量在58.7～69.2 mg/kg。采用高溫灰化-離子色譜能快速準(zhǔn)確測(cè)定茶葉中無(wú)機(jī)陰離子含量，方法簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性好。