江西名茶中10種金屬元素含量的測定

柯法鈞 楊武英 王 丹洪艷平 陳薪竹 王玉波

(1. 南昌市農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045;2. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330045)

茶葉中含有700多種化學(xué)成分，富含Ca、Mg、K、Na、Cu、Fe、Zn、Cr、I、Mn、Mo、Se等多種人體所需的常量元素和微量元素[1-2]。隨著工業(yè)“三廢”的排放和農(nóng)藥的大量使用，大氣污染和土壤污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重，茶葉中的重金屬等有害物質(zhì)含量逐漸增加[3-5]，嚴(yán)重影響其品質(zhì)和進(jìn)出口貿(mào)易[6-7]。目前，關(guān)于江西名茶的種植條件、品種配制、茶葉加工等方面的研究較多[8-9]，但關(guān)于其常量元素、微量元素和有毒重金屬元素含量的系統(tǒng)性測定尚未見報道。試驗(yàn)擬采用正交試驗(yàn)優(yōu)化K、Ca、Na、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn 8種必需元素火焰原子吸收法的最佳工作條件，采用單因素試驗(yàn)優(yōu)化Pb、Cd兩種有毒元素石墨爐原子吸收光譜法的最佳工作條件，繪制各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，考察方法的檢出限和精密度，優(yōu)化前處理?xiàng)l件并測定樣品加標(biāo)回收率，利用建立的方法測定8種江西名茶中10種金屬元素含量，旨在為促進(jìn)江西名茶種植、加工、評價、銷售及日常飲茶選擇提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

井岡翠綠、靖安白茶、武夷紅茶、廬山云霧、婺源毛尖、浮瑤仙芝、修水寧紅、遂川狗牯腦：一級清明前或雨前新茶，江西省南昌市鹿鼎國際茶葉城；

10種金屬元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液：國家化學(xué)試劑質(zhì)檢中心；

試驗(yàn)所用試劑均為國產(chǎn)分析純；

試驗(yàn)用水均為超純水；

粉碎機(jī)：WND-200型，浙江省蘭溪市佛能達(dá)電器有限公司；

馬弗爐：SX2-6-13型，上海嘉展儀器設(shè)備有限公司；

石墨爐原子吸收分光光度計：ZA3700型，日立高新技術(shù)公司；

元素空心陰極燈：LTL-MF4型，北京瑞利普光電器件廠。

1.2 儀器工作條件優(yōu)化

取一定濃度的各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，8種常量元素和微量元素進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)；兩種有毒元素進(jìn)行單因素試驗(yàn)(Pb為易揮發(fā)元素，灰化過程中易損失[10]，需加入5 μL磷酸二氫銨作為基體改進(jìn)劑將鉛轉(zhuǎn)變成高熔點(diǎn)鹽，以降低背景干擾)，利用DPS軟件進(jìn)行極差分析，優(yōu)選出各金屬元素的最佳工作條件。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立及檢出限的測定

用5%硝酸溶液將10種金屬元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液稀釋、定容成標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(Ca元素用25 μg/mL的氧化鑭定容)，測定最佳工作條件下的吸光值，并繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。分別測定空白溶液10次，得各元素對應(yīng)的檢出限。按式(1)計算檢出限。

DL=3S/K

(1)

式中：

DL——檢出限，μg/mL；

S——標(biāo)準(zhǔn)偏差，μg/mL；

K——標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率。

1.4 精密度試驗(yàn)

取6個不同濃度的常量元素和微量元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行火焰原子吸收光譜法分析，每個濃度重復(fù)10次；取6個不同濃度的有毒元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液用石墨爐原子吸收光譜法分析，每個濃度重復(fù)10次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行批內(nèi)差異分析，考察方法的精密度。

1.5 樣品前處理?xiàng)l件優(yōu)化

選取遂川狗牯腦進(jìn)行試驗(yàn)比較。茶葉烘干，粉碎備用。準(zhǔn)確稱取3組茶葉樣品1 g，每組兩份，分別采用干法灰化、濕法消解進(jìn)行消解處理，并進(jìn)行空白對照，測定最佳工作條件下的吸光值，并計算樣品中各元素含量，優(yōu)化樣品消解方法。

稱取6份備用茶葉樣品各1 g，分3組，分別加入體積比為4∶1的HNO3—HCl、HNO3—HClO4及HNO3—H2SO4混合酸各15 mL，按優(yōu)化的樣品消解方法進(jìn)行處理，并進(jìn)行試劑空白對照，測定最佳工作條件下的吸光值，并計算元素含量，優(yōu)化消解酸體系。

1.6 添加回收試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取6份干燥茶葉樣品各1 g，分兩組，其中一組加入定量標(biāo)準(zhǔn)液，在優(yōu)化的濕法消解和HNO3—HCLO4混合酸前處理?xiàng)l件下處理樣品茶葉，然后定容至50 mL，測定各金屬元素含量，按式(2)計算回收率。

(2)

式中：

R——加標(biāo)回收率，%；

m——加標(biāo)量，g；

m1——加標(biāo)試樣測定值，g；

m2——試樣測定值，g。

1.7 8種茶中金屬元素含量的測定

準(zhǔn)確稱取廬山云霧、浮瑤仙芝、遂川狗牯腦、武夷紅茶、修水寧紅、井岡山翠綠、婺源毛尖、靖安白茶8種江西名茶干燥樣品各1 g，按最佳前處理?xiàng)l件進(jìn)行樣品前處理，并進(jìn)行空白對照。利用建立的火焰原子吸收分光法測定8種江西名茶中K、Ca、Na、Mg 4種常量元素[11-12]和Fe、Mn、Cu、Zn 4種微量元素[13-15]含量，利用建立的石墨爐原子吸收法測定Pb和Cd兩種有毒元素含量，按式(3)計算各金屬元素含量，并對其進(jìn)行比較分析。

(3)

式中：

X——試樣中各金屬元素含量，mg/kg或mg/L；

C1——試樣消化液中各金屬元素含量，ng/mL；

C2——空白液中各金屬元素含量，ng/mL；

m——試樣質(zhì)量或體積，g或mL；

1 000——換算系數(shù)。

1.8 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)DPS統(tǒng)計軟件與Excel軟件進(jìn)行分析處理，結(jié)果用(均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器最佳工作條件優(yōu)化

根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計原理，對8種常量元素和微量元素進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)設(shè)計，其因素水平表見表1，試驗(yàn)所得最佳火焰原子吸收光譜法工作條件見表2。

表1 8種常量元素、微量元素的因素水平表

表2 8種常量元素、微量元素火焰原子吸收光譜法的最佳工作條件

由表2可知，不同金屬元素檢測條件略有不同，具體表現(xiàn)為 K、Na元素所需乙炔流量較低，Ca、Fe、Cu元素所需乙炔流量相同，Mn、Zn元素所需乙炔流量較高；當(dāng)燃燒器高度相同時，K、Mg、Zn 3種金屬元素所需空心陰極燈燈流量相同。

對兩種有毒元素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，其因素水平表見表3，試驗(yàn)所得最佳石墨爐原子吸收光譜法工作條件見表4。

表3 兩種有毒元素的單因素水平表

由表4可知，當(dāng)灰化溫度、灰化時間和原子化時間相同時，Cd元素的原子化溫度高于Pb的，可能是Cd化學(xué)性質(zhì)較Pb穩(wěn)定，其原子化所需溫度更高。

表4 兩種有毒元素石墨爐原子吸收光譜法的最佳工作條件

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

由表5可知，10種金屬元素在各自濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.991 8～0.999 2，均符合要求；檢出限為0.004 0～0.050 0 μg/mL，均低于GB 5009.12—2017和GB 5009.15—2014的要求，說明試驗(yàn)建立的檢出限符合要求。

表5 各金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

2.3 精密度試驗(yàn)

由表6可知，8種常量元素、微量元素精密度為0.38%～3.78%，均<4%，符合要求；兩種有毒元素精密度為1.92%～9.09%，符合要求。

表6 精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.4 樣品前處理?xiàng)l件優(yōu)化

由表7可知，濕法處理的效果優(yōu)于干法處理的，可能是由于多數(shù)被檢元素屬于低溫元素，干法灰化時樣品中元素含量損失較大，因此選擇濕法消化法對樣品進(jìn)行前處理。

表7 各元素干、濕法比較

由表8可知，當(dāng)混合酸為HNO3—HClO4時，采用濕法消解處理后的茶葉樣品吸光度值高于HNO3—HCl和HNO3—H2SO4的，可能是H2SO4沸點(diǎn)較高，消解時容易發(fā)生碳化，HCl氧化性更弱，消解不夠徹底，可能會影響消化效果[15-16]。

表8 酸體系測定結(jié)果

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

由表9可知，江西名茶中8種常量元素、微量元素含量的加標(biāo)回收率為98.35%～102.50%，RSD<4%，符合要求；Pb、Cd兩種有毒元素含量的加標(biāo)回收率為89.69%～100.75%，RSD<4%，符合要求。

表9 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

2.6 8種茶中10種金屬元素含量測定及比較

由表10可知，茶葉中各金屬元素含量差異較大，但不同品種茶葉間具有一致性規(guī)律，其排序基本為K>Mg>Mn>Ca>Fe>Na>Zn>Cu>Pb>Cd，其中Pb、Cd含量遠(yuǎn)低于GB 2762—2017中的。

表10 8種茶中10種金屬元素含量

由有益常量元素、微量元素可知，浮瑤仙芝中K、Mn元素含量較少，遂川狗牯腦中Ca、Fe、Zn元素含量最為豐富；靖安白茶中Mg元素最為豐富，廬山云霧中Na元素最為豐富，武夷紅茶中Cu元素最為豐富，其余品種茶中Mg、Na、Cu元素含量相對較少。此外，8種茶葉中Zn元素含量無明顯差異，其他元素因茶葉品種不同差異顯著。綜上，8種江西名茶中常量元素和微量元素含量較高，對人體有較好的保健功能；兩種有毒元素含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，可放心飲用，說明江西氣候溫暖，環(huán)境優(yōu)美、污染少，適宜茶葉的種植。

3 結(jié)論

通過正交試驗(yàn)設(shè)計對K、Ca、Na、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn 8種必需元素火焰原子吸收法的最佳工作條件進(jìn)行了優(yōu)化，通過單因素試驗(yàn)設(shè)計對鉛、鎘兩種有毒元素石墨爐原子吸收光譜法的最佳工作條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，試驗(yàn)建立的各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.991 8～0.999 2，精密度為0.77%～3.32%，檢出限為0.004 0～0.050 0 μg/mL，樣品加標(biāo)回收率為99.25%～102.25%，說明試驗(yàn)建立的火焰原子吸收法和石墨爐原子吸收光譜法均符合要求，具有選擇性好、靈敏度高、儀器設(shè)備要求低、可同時測定的優(yōu)點(diǎn)，適用于各種茶葉金屬元素的測定。對江西名茶中10種金屬元素含量的測定結(jié)果表明，K、Ca、Na、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn 8種必需元素在江西名茶中含量豐富，Pb、Cd兩種有毒元素含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)，說明江西氣候溫和、污染少，適宜茶葉的種植生產(chǎn)。后續(xù)研究可采用改變樣品前處理方式(如微波消解法)和增加樣品測定次數(shù)及采用自動進(jìn)樣方式等加以改進(jìn)，進(jìn)一步減少試驗(yàn)誤差，提高檢測的準(zhǔn)確度。