不同消解法測定茶葉中4種元素含量

孫 藝，羅小寶

（1.廣東省食品工業(yè)研究所有限公司，廣東 廣州 511442；2.廣東省食品工業(yè)公共實驗室，廣東 廣州 511442；3.廣東省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，廣東 廣州 511442）

礦物質(zhì)元素在人體生化過程中起重要作用，是人體所不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)，是生物體維持正常機能所必須的[1]。如今人們越來越重視食品營養(yǎng)成分的種類和含量，而礦物質(zhì)元素幾乎都是通過食物進入人體。

茶葉是中國人的一種傳統(tǒng)食品，構(gòu)成茶葉的有機化合物或以無機鹽形式存在的基本元素有30余種，主要為磷、鉀、硫、鈣、鎂、鐵、銅、鋁、錳、硼、鋅、鉬等[2]，茶葉中含有的營養(yǎng)元素中，很大部分與人體健康有著密切關(guān)系，如鈣、鐵、鋅、鎂等，缺鈣會導(dǎo)致成人骨質(zhì)疏松，容易骨折；缺鐵會導(dǎo)致貧血，引起疲勞乏力、頭暈、心悸等。

在食品元素的分析中，常需將樣品用酸消解成透明澄清的溶液再進行測定，這種過程稱為樣品消解，樣品消解的水平直接影響食品營養(yǎng)元素測定的準(zhǔn)確性，食品標(biāo)準(zhǔn)中常用的消解方法有濕法消化法、微波消解法等[3]，其中微波消解法中有一種超級微波消解技術(shù)為最近十年國內(nèi)引進國外技術(shù)發(fā)展起來的元素分析前處理技術(shù)。該方法采用反應(yīng)釜一體承壓消解技術(shù)，具有溫度和壓力耐受性高，樣品消解效率高，消解效果好等特點。茶葉中的有機物成分較多[4]，消解難，耗時長。本實驗采用超級微波消解技術(shù)結(jié)合ICP-OES（電感耦合等離子發(fā)射光譜儀）對茶葉中鈣、鐵、鋅、鎂4種營養(yǎng)元素進行測定，對比其實驗時長、消解效果和測定結(jié)果回收率，探索超級微波消解技術(shù)的適用性和優(yōu)勢。

1 材料與方法

1.1 材料

市面購買綠茶

1.2 實驗試劑

標(biāo)準(zhǔn)溶液：鈣（3750 μg/mL）、鎂（1000 μg/mL）、鋅（75.0 μg/mL）、鐵（125 μg/mL），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；試劑：優(yōu)級純硝酸，蘇州精瑞化學(xué)股份有限公司；超純水：由Milli-Q 純水系統(tǒng)提供（Milli?pore，電阻率18.2 MΩ·cm，英國）[7]。

1.3 儀器

Agilent 5110 VDV ICP-OES，安捷倫科技有限公司；Ultra CLAVE超級微波消解平臺，意大利邁爾斯通公司；ETHOS UP 普通微波消解平臺，意大利邁爾斯通公司；HT-300 電熱板，廣州格丹納儀器有限公司；ME303E/02電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.4 消解程序

（1）超級微波消解程序。升溫10 min 到溫度110 ℃，900 w；升溫16 min 到200 ℃，1 200 w；升溫5 min 到220 ℃，1 200 w；220 ℃保持10 min，1 200 w；消解完成降溫，消解過程中壓力40.0 Bar。

（2）普通微波消解程序。升溫10 min 到溫度130 ℃，1 800 w；130 ℃保持5 min，1 800 w；升溫10 min 到150 ℃，1 800 w；升溫10 min到180 ℃，1 800 w；220 ℃保持15 min，1 800 w；消解完成降溫。

（3）濕法電熱板消解程序。升溫4 min 到溫度120 ℃；120 ℃保持1 h；升溫3 min 到180 ℃；180 ℃保持1 h；升溫3 min到220 ℃；220 ℃直至消解完成，降溫。

1.5 ICP-OES工作參數(shù)

用波長校正液校正ICP-OES儀器，使波長誤差達到測定要求，儀器工作參數(shù)為：射頻功率1.20 kW，雙通道玻璃氣旋霧室，輔助氣流量1.0 L/min，等離子體流量12.0 L/min，霧化氣流量0.7 L/min。測量方式為軸向模式和徑向模式；軸向，測量時間7 s，沖洗時間20 s，檢測大部分金屬元素和部分非金屬元素；徑向，測量時間5 s，沖洗時間20 s。

1.6 實驗方法

1.6.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的配制

標(biāo)準(zhǔn)使用溶液的配制，將各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋，并用5%HNO3溶液定容，配制成標(biāo)準(zhǔn)系列。其中鈣配制成3.75、7.50、15.0、37.5、60.0、90.0和150.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列；鐵配制成0.125、0.25、0.50、1.25、2.00、3.00和5.00 μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)系列；鎂配制成1.00、2.00、4.00、10.0、16.0、24.0、40.0 μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)系列；鋅配制成0.075、0.15、0.30、0.75、1.20、1.80、3.00 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列。

1.6.2 樣品前處理及消解

超級微波消解法：將茶葉粉碎后，稱取2份平行樣品約0.2 g（精確到0.000 1 g）于石英試管中，再加5 mL硝酸-水（2∶1）后加蓋，用Ultra CLAVE超級微波消解系統(tǒng)設(shè)置程序并啟動消解。待消解完成后，轉(zhuǎn)移至洗凈的25 mL容量瓶中，并用少量超純水洗滌2～3次，洗滌液合并于對應(yīng)的容量瓶，定容、搖勻，待測，同時做試劑空白以消除試劑誤差，消解總時長為1.5 h。

普通微波消解法：將茶葉粉碎后，稱取2 份平行樣品0.2 g（精確到0.000 1 g）于聚四氟乙烯管中，再加5 mL硝酸后在趕酸器上于125 ℃預(yù)消解1 h，冷卻后補加硝酸1 mL，加蓋，用普通微波消解系統(tǒng)，設(shè)置程序并啟動消解。待消解完成后，在趕酸器上于145 ℃趕酸至1～2 mL，冷卻后轉(zhuǎn)移至洗凈的25 mL容量瓶中，并用少量超純水洗滌2～3次，洗滌液合并于對應(yīng)的容量瓶，定容、搖勻，待測，同時做試劑空白，以消除試劑誤差，消解總時長為3 h[7]。

濕法消解法：將茶葉粉碎后，稱取2份平行樣品0.2 g（精確到0.000 1 g）于150 mL錐形瓶中，每個錐形瓶中再加10 mL硝酸-高氯酸（5+1）后加蓋，放置過夜，翌日在電熱板上消解，120 ℃，1 h；180 ℃，1 h；215 ℃至消解完成。待消解完成冷卻后，轉(zhuǎn)移至洗凈的25 mL容量瓶中，并用少量超純水洗滌2～3次，洗滌液合并于對應(yīng)的容量瓶，定容、搖勻，待測，同時做試劑空白，以消除試劑誤差，消解總時長為12 h。

三種消解方式的消解時長見表1。

表1 三種消解方式消解時長比較Table 1Comparison of digestion time of three digestion methods

1.6.3 測定

在ICP-OES儀器最優(yōu)狀態(tài)下測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度、樣品空白濃度、樣品試液濃度、加標(biāo)樣品濃度等，計算出結(jié)果。每個試樣測定前用體積分數(shù)為2%的硝酸沖洗儀器15 s。

1.6.4 數(shù)據(jù)處理

用ICP-OES儀器自帶軟件進行測定結(jié)果計算。

1.6.5 統(tǒng)計分析

分析茶葉中4種營養(yǎng)元素的線性范圍、方法檢出限、準(zhǔn)確度和回收率，用三種前處理消解方法獲得的元素精密度。

2 結(jié)果與討論

2.1 線性范圍及方法檢出限

在試驗條件下，測定4種元素的線性范圍及檢出限，其標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)都大于0.999 5，線性良好。空白重復(fù)測定20次，測定各元素的方法檢出限，見表2。

表2 4種營養(yǎng)元素檢出限及線性方程Table 2 Detection limits and linear equations of four nutrient elements

2.2 精密度

利用超級微波-ICP-OES測定了綠茶的鈣、鐵、鋅、鎂的含量，6次重復(fù)測定的RSD均＜5%，精密度良好，結(jié)果見表3。

普通微波-ICP-OES測定了綠茶的鈣、鐵、鋅、鎂的含量，6次重復(fù)測定的RSD均＜5%，精密度良好，結(jié)果見表4。

表3 茶葉4種營養(yǎng)元素含量精密度情況（超級微波消解）Table 3 Precision of four nutrient elements in tea (super microwave digestion)

表4 茶葉4種營養(yǎng)元素含量精密度情況（普通微波消解）Table 4 Precision of four nutrient elements in tea (ordinary microwave digestion)

濕法-ICP-OES 測定了綠茶的鈣、鐵、鋅、鎂的含量，6 次重復(fù)測定的RSD 均＜5%，精密度良好，結(jié)果見表5。

表5 茶葉4種營養(yǎng)元素含量精密度情況（濕法消解）Table 5Precision of four nutrient elements in tea (wet digestion)

2.3 準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確稱取樣品0.2 g，平行3份，1份作為樣品本底，其余2份分別加入20 mg/kg 和100 mg/kg 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果顯示四種元素的加標(biāo)回收率為92.2%～99.6%，實驗結(jié)果準(zhǔn)確度理想，見表6。

表6 茶葉4種營養(yǎng)元素加標(biāo)回收情況Table 6 Recovery of four nutrient elements in tea

3 結(jié)論

本論文采用濕法消解法、普通微波消解法和超級微波消解技術(shù)結(jié)合ICP-OES對四種茶葉中的營養(yǎng)元素進行測定，并對各種消解方法的結(jié)果進行了比較。四種元素線性關(guān)系良好，檢出限在0.001～0.287 mg/kg，符合國家標(biāo)準(zhǔn)方法要求[6]，對樣品進行6次測定，RSD均低于5%，回收率均在92.2%～99.6%。三種方法的精密度、加標(biāo)回收率等均滿足實驗室質(zhì)控的要求[5]，超級微波消解時間比普通微波消解的時間少一半，為濕法消解時間的1 8。以上研究表明超級微波法對于有機物含量較多的、成分復(fù)雜的茶葉樣品，消解效果與其他兩種消解方法相當(dāng)，但其操作簡單，并沒有其他兩種消解方法的步驟繁瑣，消解速度也明顯優(yōu)于其他兩種消解方法，大大提高了實驗室工作效率，該工作可為科學(xué)高效地測定茶葉中營養(yǎng)元素含量提供更好的方法參考。