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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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
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
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
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
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
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。
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。