離子色譜法測(cè)定茶葉中的游離氟

尹秀貞， 牛淑妍， 張 濤， 李 莎， 崔 鶴*

(1.青島科技大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，山東 青島 266042;2.青島海關(guān)技術(shù)中心，山東 青島 266002;3.中國(guó)海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100)

氟是人體所必須的微量元素，人類主要通過(guò)食物和飲水將其攝入體內(nèi)，使其參與人體的生理代謝[1-2]。進(jìn)入人體中的氟主要分布在牙齒、骨骼、毛發(fā)及指甲上，其中骨骼和牙齒的含量占總量的90%以上[3]。研究表明，氟具有礦化牙齒，促進(jìn)新生骨骼的生長(zhǎng)，防止齲齒等功能[4-6]。茶葉是世界三大飲料之一，飲茶也是攝入氟的來(lái)源之一。而茶樹是一種富氟植物，含量高達(dá)每千克幾百至上千毫克[7]。在1985年白學(xué)信通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)茶水中的氟是導(dǎo)致壤塘縣地方性氟中毒的重要原因[8]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，大量飲用濃茶會(huì)導(dǎo)致氟骨癥、氟斑牙甚至是氟中毒[9-12]，因此檢測(cè)茶葉中的氟含量是非常有必要的。

目前測(cè)定茶葉中氟離子的方法有高效液相色譜法[13]、氟離子選擇電極法[14]、離子色譜法[15]等。離子色譜法具有靈敏度高、選擇性好、簡(jiǎn)便快速等優(yōu)點(diǎn)，是檢測(cè)茶葉中氟離子的優(yōu)選方法。研究表明，茶葉浸出的氟以水溶性為主，含量達(dá)到了53%～80%[16]。樣品前處理時(shí)，常用的方法有超聲萃取[14]、氧彈燃燒[17]、擴(kuò)散吸收提取[18]、灰化[19]、微波消解[20]等，其中氧彈燃燒、灰化法和微波消解等適合測(cè)定茶葉中總氟含量，且這些方法操作步驟較為復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。為了測(cè)定茶葉中的游離氟，本研究選擇了快速簡(jiǎn)便的超聲萃取法，并對(duì)色譜柱和淋洗液濃度進(jìn)行了優(yōu)化選擇，使小分子有機(jī)酸和氟離子得到了較好的分離。同時(shí)，本工作還研究了不同產(chǎn)地和不同加工方式的茶葉中游離氟含量分布情況，可為茶葉生產(chǎn)加工過(guò)程中氟含量控制提供支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1)，北京壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水(18.25 MΩ·cm)。

DIONEX ICS 5000+離子色譜儀，配有AS-AP自動(dòng)進(jìn)樣器、在線淋洗液發(fā)生器、抑制器ASRS 4 mm、電導(dǎo)檢測(cè)器及Chromeleon 6.80數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，美國(guó)賽默飛世爾科技公司；IonPac AS15分離柱、IonPac AG15保護(hù)柱，美國(guó)賽默飛世爾科技公司；SH-AP-4色譜柱，青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司；Milli-Q去離子水制備裝置，德國(guó)默克密理博；KQ500DE數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；碳十八(C18)SPE固相萃取柱，青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司；0.22 μm濾膜，杉羽科技發(fā)展有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

分別準(zhǔn)確移取2.00，10.00 mL 1 000 mg·L-1氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液到100 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，配制成20.00和100.00 mg·L-1氟離子儲(chǔ)備液，搖勻待用，放置于4 ℃冰箱中保存。使用時(shí)根據(jù)需要配制成適宜質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.2.2 色譜條件

色譜柱：選用IonPac AS15型陰離子分離柱(4 mm×250 mm)；柱溫35 ℃；流速1.0 mL·min-1；流動(dòng)相為KOH溶液，梯度洗脫程序如表1所示；進(jìn)樣體積25 μL；抑制器為ASRS 4 mm陰離子抑制器，抑制電流100 mA；檢測(cè)器為電導(dǎo)檢測(cè)器。

表1 梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution procedure

1.2.3 樣品檢測(cè)

稱取1.0 g茶葉樣品，精確至0.000 1 g，緩慢加入沸水(去離子水)約90 mL，最后冷卻至室溫后定容至100 mL，混勻后超聲萃取20 min。然后將C18固相萃取柱用10 mL去離子水活化，靜置10 min，取上清液緩慢通過(guò)C18固相萃取柱，棄去前3 mL濾出液，收集后續(xù)2 mL濾出液過(guò)0.22 μm水系濾膜，直接進(jìn)樣，上機(jī)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

分別采用AS15和SH-AP-4兩種色譜柱分離茶葉中的游離氟。結(jié)果表明，AS15和SH-AP-4均能很好的將小分子有機(jī)酸與氟離子分離開。在同樣的淋洗液濃度下，使用AS15柱時(shí)氟離子出峰時(shí)間為17 min，使用SH-AP-4柱時(shí)氟離子出峰時(shí)間為21 min。故選用AS15色譜柱。

2.2 淋洗液濃度

氟離子在離子交換柱上是弱保留離子，測(cè)定茶葉中的氟離子時(shí)，茶葉中的某些小分子有機(jī)酸在色譜柱上的保留時(shí)間與之相近，干擾氟離子的測(cè)定。因此通過(guò)選擇合適的淋洗液濃度來(lái)降低小分子有機(jī)酸對(duì)氟離子產(chǎn)生的影響。當(dāng)淋洗液濃度過(guò)高時(shí)，目標(biāo)組分與雜質(zhì)離子分離度會(huì)降低，從而影響目標(biāo)組分的定量；當(dāng)淋洗液濃度較低時(shí)，分析時(shí)間太長(zhǎng)，因此優(yōu)化淋洗液濃度很有必要。本研究中，分別采用了2、3、4、5、10 mmol·L-1等不同濃度的KOH淋洗液淋洗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用3 mmol·L-1淋洗液，小分子有機(jī)酸和氟離子接近基線分離，分離度能夠滿足分析要求，最終選擇了3 mmol·L-1的KOH淋洗液作為分析流動(dòng)相。另外，還采用了梯度洗脫的方式將其他雜質(zhì)離子洗脫出來(lái)，縮短了分析時(shí)間。在優(yōu)化好的離子色譜條件下，測(cè)定未加標(biāo)及加標(biāo)后的嶗山綠茶樣品，所得離子色譜見圖1。

圖1 嶗山綠茶樣品中氟離子色譜圖Fig.1 Chromatogram of fluoride ion in Laoshan green tea

2.3 方法的線性范圍和檢出限

分別移取20.00和100.00 mg·L-1氟離子儲(chǔ)備液配制成質(zhì)量濃度分別為0.02、0.05、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液。在本方法所確定的實(shí)驗(yàn)條件下從低到高濃度依次進(jìn)樣，以氟離子的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。將陽(yáng)性樣品不斷稀釋并進(jìn)樣分析，按照信噪比S/N=3所對(duì)應(yīng)的濃度為該方法的檢出限，以信噪比S/N=10所對(duì)應(yīng)的濃度為該方法的定量限。結(jié)果表明：氟離子的質(zhì)量濃度在0.020～10.00 mg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性回歸方程為Y=0.447 5X-0.006 6，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 9，檢出限為2.0 mg·kg-1，定量限為5.0 mg·kg-1。氟離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2所示。

圖2 氟離子標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of fluoride ion

2.4 方法的回收率和精密度

為了測(cè)試該方法的準(zhǔn)確性，分別進(jìn)行1、2、5倍3個(gè)添加水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，得到方法的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。由表2可見，該方法的回收率為90.94%～97.73%，精密度為0.82%～3.06%。數(shù)據(jù)表明，該方法的回收率和精密度良好，可以滿足茶葉中游離氟含量的常規(guī)檢測(cè)。

表2 方法的加標(biāo)回收率和精密度Table 2 Recovery and precision of the method

2.5 實(shí)際樣品測(cè)定

按照選定的實(shí)驗(yàn)條件，分別對(duì)市售的嶗山紅茶、嶗山綠茶、泰安綠茶等8種不同的茶葉樣品進(jìn)行了測(cè)定，平行取7份樣品，測(cè)定結(jié)果見表3。由表3可知，在所測(cè)定的茶葉樣品中，游離氟的含量在18.88～157.37 mg·kg-1，RSD在1.11%～4.01%。由測(cè)定樣品數(shù)據(jù)推測(cè)，茶葉中游離氟含量可能與產(chǎn)地和生長(zhǎng)期有關(guān)。

表3 不同茶葉中游離氟含量Table 3 Content of free fluorine in different tea

為了研究不同加工方式對(duì)茶葉游離氟含量的影響，本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了同一品種、同一塊土地產(chǎn)出的紅茶和綠茶中游離氟的含量，結(jié)果見表4。數(shù)據(jù)表明，在同一品種、同一塊土地的條件下，紅茶中氟離子含量高于綠茶中氟離子含量。

表4 同一塊土地種植的茶葉中氟離子含量Table 4 Content of free fluorine in tea on the same land

3 結(jié) 論

建立了一種離子色譜法快速測(cè)定茶葉中的游離氟含量的方法。該方法樣品前處理簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好。對(duì)比了AS15、SH-AP-4兩種陰離子色譜柱，結(jié)果表明，使用AS15色譜柱能夠?qū)⑿》肿佑袡C(jī)酸和氟離子有效分離，且分析時(shí)間更短。同時(shí)還選定了3 mmol·L-1KOH作為初始淋洗液濃度，能很好地改善氟離子與雜質(zhì)離子的分離度。通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)地和同一產(chǎn)地不同加工方式得到的茶葉的分析可知：北方茶葉的游離氟含量明顯高于南方茶葉的游離氟含量；紅茶中氟離子含量高于綠茶中氟離子含量。由此，說(shuō)明茶葉中游離氟含量與產(chǎn)地和加工方式有一定關(guān)系。