茶葉中微量元素的檢測(cè)與分析

李非非，何 文，高 燕，褚然然

(齊魯理工學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200)

茶葉中的化學(xué)成分多達(dá)六百余種[1]，其中，無機(jī)類成分包括鐵、錳、銅、鋅、鈣、鎂等金屬元素[2]。雖然微量元素占茶葉的比重很小，但對(duì)人體健康的作用不可忽視。茶葉中有益于人體的微量元素的含量，視作評(píng)定茶葉優(yōu)良的一個(gè)指標(biāo)。因此，檢測(cè)與分析茶葉中的鐵、錳、銅、鋅的含量，有著重要的意義[3]。茶葉預(yù)處理的方法有干法灰化和濕法消化。其中，干法灰化會(huì)造成某些金屬元素的損耗，因此，本次實(shí)驗(yàn)以硝酸-過氧化氫濕法消化處理茶葉[4-5]。

測(cè)定茶葉消解液中金屬元素的方法有原子吸收法、陽極溶出伏安法等。但是原子吸收法無法同時(shí)測(cè)定多種元素。陽極溶出伏安法是在極譜分析的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種比經(jīng)典極譜分析靈敏度高一萬倍的電化學(xué)分析方法[6]。陽極溶出伏安法在溶液里痕量金屬離子的檢測(cè)中應(yīng)用較多。此法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、檢測(cè)限低、消耗的待測(cè)金屬離子較少，且可以同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行測(cè)定。

本論文用濕法消解茶葉，采用陽極溶出伏安法同時(shí)對(duì)鐵、錳、銅、鋅四種金屬微量元素進(jìn)行測(cè)定。

1 試劑和儀器

1.1 試劑

論文使用材料為日照綠茶，試劑如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)試劑

1.2 儀器

儀器如表2。

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 茶葉的消解

2.1.1 消解劑體積的選擇

取適量干燥的日照綠茶研磨為粉末。準(zhǔn)確稱取7份2.0000g茶葉粉末于7個(gè)100mL燒杯中，分別向其中加入5.00，10.00，15.00，20.00，25.00，30.00，35.00mL硝酸。電子萬用爐，小火加熱一段時(shí)間。后調(diào)電子萬用爐至中火，消解140min，調(diào)至小火，用膠頭滴管緩慢滴入5.00mL過氧化氫，待溶液外觀接近無色、透明狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉電子萬用爐，冷卻至室溫。加適量去離子水煮沸，除去殘余的硝酸。處理完畢，放置冷卻，過濾。移至100mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度線。

2.1.2 消解時(shí)間的選擇

準(zhǔn)確稱取7份2.0000g茶葉粉末于7個(gè)100mL燒杯中，加入一定體積的硝酸，電子萬用爐分別消解20，40，60，80，100，120，140min。然后調(diào)至小火，用膠頭滴管緩慢滴入5.00mL過氧化氫，待溶液外觀接近無色、透明狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉電子萬用爐。其余操作同上。

2.2 陽極溶出伏安法測(cè)定銅、錳、鐵、鋅

陽極溶出伏安法又稱反向極譜法，分為富集和溶出兩個(gè)過程。富集過程是一個(gè)恒電位電解過程，在這個(gè)電位下被測(cè)離子被還原成原子富集在電極上；溶出過程是富集在汞電極上的金屬原子被氧化成離子回到溶液中。溶出時(shí)通過工作電極的電流迅速上升，被富集的金屬元素隨氧化過程的進(jìn)行迅速降低，得到峰形曲線。檢測(cè)的各參數(shù)不變，待測(cè)金屬離子的濃度與氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電流正比，因此，電流峰的峰高能作為定量分析的依據(jù)[7-8]。

2.2.1 精密度實(shí)驗(yàn)

精密度指的是，使用某操作步驟對(duì)同一個(gè)樣品進(jìn)行多次重復(fù)檢測(cè)時(shí)，測(cè)定結(jié)果之間的一致程度。

陽極溶出伏安法測(cè)鐵精密度：準(zhǔn)確移取5.00mL濃度為20.00μg/mL的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液于25mL容量瓶中，加入2.50mL的硝酸-氯化鈉底液，去離子水定容到刻度線。測(cè)定該溶液，記錄電流峰的峰高。連續(xù)測(cè)定七次。

陽極溶出伏安法測(cè)錳、銅、鋅的精密度：操作與鐵的精密度實(shí)驗(yàn)相同。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1.00mg/mL)：準(zhǔn)確稱取0.1429g三氧化二鐵粉末，于100mL燒杯中，加入少量的鹽酸，小火加熱溶解。溶解后，冷卻至室溫。轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，去離子水定容到刻度線。搖勻待用。

錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1.00mg/mL)：準(zhǔn)確稱取0.1592g二氧化錳粉、0.1000g銅粉、0.1245g氧化鋅粉末于三個(gè)100 mL燒杯中，加入鹽酸，小火加熱溶解，其余操作均與鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的配制方法相同。

鐵、錳、銅、鋅四種元素出峰電勢(shì)的確定：準(zhǔn)確移取鐵、錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各5.00mL于4個(gè)25mL容量瓶中，加入2.50mL硝酸-氯化鈉底液，去離子水定容到刻度線搖勻。測(cè)定4種元素出峰電勢(shì)。

鐵、錳、銅、鋅混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確移取鐵、錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00mL于取6個(gè)50 mL容量瓶中，去離子水定容到刻度線，搖勻。測(cè)定各溶液電流峰的出峰電勢(shì)與峰高，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.3 茶葉樣品中鐵、錳、銅、鋅含量的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取2.0000g烘干研碎的茶葉粉末于100mL燒杯中。加入一定的硝酸，消解一段時(shí)間。其余操作同上。

準(zhǔn)確移取5.00mL茶葉消解液、2.50mL硝酸-氯化鈉底液于25mL容量瓶，去離子水定容。陽極溶出伏安法測(cè)定溶液，記錄峰電勢(shì)與峰高，計(jì)算茶葉中四種元素的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 茶葉的消解

3.1.1 消解劑體積的選擇

不同體積的硝酸消解2.0000g茶葉，陽極溶出伏安法測(cè)定鐵、錳、銅、鋅的峰高，作圖，見圖1。

圖1 硝酸最佳體積的選擇

由圖1可知：隨著硝酸用量的不斷增加，鐵、錳、銅、鋅的峰高不斷變高，直到加入30.00mL硝酸，峰高達(dá)到最大值，繼續(xù)增加硝酸，峰高趨于穩(wěn)定，說明茶葉中鐵、錳、銅、鋅消解完全，因此最佳體積為30.00mL。

3.1.2 消解時(shí)間的選擇

不同消解時(shí)間消解2.0000g茶葉，用陽極溶出伏安法測(cè)定鐵、錳、銅、鋅的峰高，作圖，見圖2。

圖2 硝酸消解茶葉的最佳時(shí)間

通過圖2可知：隨著消解時(shí)間的增加，鐵、錳、銅、鋅的峰高不斷變高，直到消解100min時(shí)，峰高達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，說明茶葉消解完全，因此最佳時(shí)間為100min。

3.2 陽極溶出伏安法測(cè)定銅、錳、鐵、鋅

3.2.1 精密度

陽極溶出伏安法連續(xù)測(cè)定20.00μg/mL的鐵、錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液7次，記錄峰高，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表3。

表3 茶葉中鐵、錳、銅、鋅含量的測(cè)定

陽極溶出伏安法測(cè)得鐵、錳、銅、鋅的RSD值較小，表明儀器精密度良好。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

陽極溶出伏安法測(cè)定鐵、錳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，出峰電位見表4。

表4 鐵、錳、銅、鋅的出峰電位

3.2.2.1 鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

陽極溶出伏安法測(cè)定不同濃度的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖3。

圖3 鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖3可知，陽極溶出伏安法測(cè)定鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，鐵濃度在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，R2=1，回歸方程為y = 0.0002x + 0.0000001。

3.2.2．2 錳標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

陽極溶出伏安法測(cè)定不同濃度的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖4。

圖4 錳標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖4可知，陽極溶出伏安法測(cè)定錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，R2=1，回歸方程是：y = 0.00005x - 0.0000002。

3.2.2．3 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

陽極溶出伏安法測(cè)定不同濃度的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖5。

圖5 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖5可知，陽極溶出伏安法測(cè)定銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度在0.00～100.00 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，R2=1，回歸方程是：y = 0.0009x + 0.0000003。

3.2.2．4 鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

陽極溶出伏安法測(cè)定不同濃度的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，記錄數(shù)據(jù)并作圖，見圖6。

圖6 鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖6可知，陽極溶出伏安法測(cè)定鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，R2=1，回歸方程是：y = 0.0008x - 0.00001。

3.3 茶葉中鐵、錳、銅、鋅含量的測(cè)定

陽極溶出伏安法測(cè)定茶葉消解液中鐵、錳、銅、鋅，通過峰高計(jì)算茶葉中四種微量元素的含量，結(jié)果見表5。

表5 茶葉中鐵、錳、銅、鋅的含量

由表5可知，茶葉中鐵、錳、銅、鋅的含量分別為0.0610mg/g、0.2700mg/g、0.0415mg/g、0.0206mg/g。

4 結(jié)論

硝酸-過氧化氫消解綠茶，陽極溶出伏安法同時(shí)檢測(cè)綠茶中鐵、錳、銅、鋅四種元素。結(jié)果表明，在硝酸-氯化鈉底液中，鐵、錳、銅、鋅在0.00～100.00μg/mL范圍內(nèi)，峰高與濃度均呈良好的線性關(guān)系。陽極溶出伏安法測(cè)定鐵、錳、銅、鋅四種元素精密度好，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。綠茶中鐵、錳、銅、鋅的含量分別為0.0610，0.2700，0.0415，0.0206mg/g，其中鐵和錳的含量很高，飲用綠茶有助于補(bǔ)充人體所需的四種微量元素。