離子色譜法測定茶葉中4種陰離子

魏泉增 ，李文娟，王曼曼，肖付剛

1. 許昌學院食品與生物工程學院（許昌 461000）；2. 河南省食品安全生物標識快檢技術重點實驗（許昌 461000）

中國是茶葉的故鄉，4 700多年前神農時代開始種植茶葉，飲茶歷史悠久。茶已成為世界上除水以外消耗量最大的飲料[1]。常見的茶有綠茶、紅茶等[2]。茶葉中含有F-、Cl-、等陰離子，在日常飲茶過程中，適當的攝入某些無機陰離子對人體有益，但是過量攝入某些陰離子將會對人體造成潛在影響。F-是人體內的必需微量元素，Cl-、、和等則是人體必需的大量元素。攝入適量的F-有利于牙齒健康，防止齲齒發生；但攝入過量F-對身體有害，易造成斑釉齒癥或氟骨癥。人體中適量Cl-可以維持細胞外液的容量和滲透壓，維持體液的酸堿平衡；但攝入過量Cl-，則使人體內Cl-濃度過高，易患高氯血癥；人體中適量可以維持人體酸堿平衡，對軟化血管有益，有利于腸胃健康；但攝入過量，人體中濃度過高，易造成腹瀉、腹痛、水土不服等現象，同時也會使骨骼變軟。人體中易被還原為，而可與蛋白質分解產物仲胺類物質生成致癌物亞硝胺，容易引起食物中毒，甚至致癌、致畸變，嬰兒易患蘭嬰兒綜合征[1]。因此對茶葉中陰離子的含量進行測定，對保護人體的身體健康具有一定意義。

測定茶葉中無機陰離子的方法有很多。按照GB/T 5009.18—2003中用比色法測定茶葉中的氟離子，其操作繁瑣，需要花費較多的人力、時間和試劑等。張效偉等[3]用毛細管電泳分離間接檢測方法測定茶葉中的陰離子，其各種陰離子的檢出限的范圍為0.11～0.82 mg/L，相對標準偏差為1.2%～3.8%；丁冰泉等[4]用滴定法測定水樣中的氯離子，其檢出限為1 mg/L；謝永洪等[5]在傳統比濁法的基礎上，用流動注射比濁法測定水樣中的硫酸根離子，其檢出限為0.468 mg/L，相對標準偏差為4.2%；張勇等[6]用分光光度法測定水樣中的硝酸根離子，其計算結果的相對標準偏差為2.1%。采用C18小柱預處理茶葉[7]，檢測茶葉中的F-，測定結果大于農業部規定值。鄭遠利等[8]利用C18小柱預處理茶湯，測定茶葉中的離子，相對標準偏差在2.07%～4.20%之間。這幾種測定方法的前處理復雜，檢出限和相對標準偏差較高，試驗方法的靈敏度和準確性不強。

離子色譜問世以來，一直是分析化學領域發展最快的分析技術之一[9-10]，被廣泛應用于各種物質的檢測[11-13]。試驗利用高溫灰化前處理技術，離子色譜技術測定茶葉中F-、Cl-、和這4種離子含量。

1 材料與方法

1.1 材料

碧螺春、黃山毛峰、西湖龍井、信陽毛尖、信仰紅、正山小種、祁門紅茶、金絲滇紅茶葉（胖東來生活廣場超市）；氟離子、氯離子、硝酸根離子、硫酸根離子（國家標準物質中心）；超純水。

1.2 試驗儀器

離子色譜儀（IC6000型，色譜柱SI-52 4E型，自動進樣器AS2800，安徽皖儀科技股份有限公司）；超聲波清洗器（上海聲彥超聲波儀器有限公司）；高純水儀器（湖南科爾頓水務有限公司）；分析天平（上海佑科儀器儀表有限公司）。

1.3 標準溶液的配制

精密稱取有機純品氟化鈉、氯化鈉、硝酸鉀和硫酸鈉溶于超純水中制成混合標準品母液，使混合標準母液中F-、Cl-、和的質量濃度分別為200，500，1 000和2 000 μg/mL。將母液通過逐級稀釋，配成5組濃度梯度的混合標準溶液，5組混合標準溶液的濃度見表1，待測。混合標準母液最長保留時間不能超過1周。

表1 5組混合標準溶液的濃度

1.4 離子色譜條件

SI-52 4E型陰離子色譜柱，淋洗液3.6 mmol/L碳酸鈉，流速0.7 mL/min，柱溫45 ℃，池溫40 ℃，抑制器電流40 mA，滿程進樣。

1.5 工作曲線制作及檢出限測定

按照表1中不同離子的濃度，由低濃度到高濃度依次進樣分析，繪制標準工作曲線。檢出限按式（1）計算。

式中：SD為連進3針的標準偏差；k為工作曲線斜率。

1.6 茶葉樣品前處理

將干燥的茶葉樣品粉碎，充分磨碎均勻后各取0.500 0 g，分別放入坩堝內。用電爐低溫加熱炭化，移入馬弗爐中550 ℃灰化5 h，冷卻取出[14]。將灰化完全的茶葉樣品置于50 mL的小燒杯中，加入少量高純水溶解，使茶葉樣品中的陰離子充分溶解，定容至50 mL，用0.45 μm濾膜過濾，采用離子色譜測定。

1.7 精密度試驗

用黃山毛峰茶葉，平行測定3次，測定茶葉中不同離子的含量。

1.8 加標回收試驗

采用標準加入法對茶葉樣品做3個水平加標回收試驗（各做3次平行），進行回收率試驗。

1.9 樣品測定

用碧螺春、黃山毛峰、西湖龍井、信陽毛尖、信仰紅、正山小種、祁門紅茶、金絲滇紅8個茶品種，測定茶葉樣品中陰離子的含量。采用Minitablet 17統計分析軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）和Tukey法顯著性分析（p＜0.05）；用Origin 2015軟件制圖。結果采用“平均值±標準偏差”表示。

2 結果與分析

2.1 4種陰離子色譜圖

如圖1所示，標準品色譜圖中F-峰和Cl-峰的分離度為7.42，Cl-峰和峰的分離度為24.53，峰和峰的分離度為7.43，表明方法對F-、Cl-、、這4種陰離子的分離效果較好。

圖1 混合標準溶液的色譜圖

2.2 標準曲線及檢出限

4種陰離子線性回歸方程，其混合標準溶液的色譜圖、線性關系、相關系數見圖1和表2。結果表明，氟離子在1～100 mg/kg濃度范圍內有良好線性關系；氯離子在2.5～250 mg/kg濃度范圍內有良好線性關系；硝酸根離子在5～500 mg/kg濃度范圍內有良好線性關系；硫酸根離子在10～1 000 mg/kg濃度范圍內有良好線性關系。同時，4種陰離子檢出限：F-0.5 mg/kg，Cl-0.5 mg/kg，1.5 mg/kg，1.0 mg/kg，表明方法的靈敏度較好。

表2 F-、Cl-、和的線性方程和相關系數

表2 F-、Cl-、和的線性方程和相關系數

陰離子 線性方程 相關系數氟離子 y=1 004 645.9x-38 978.0 0.999 653氯離子 y=734 560.7x-48 060.2 0.999 309硝酸根離子 y=372 478.2x-92 493.6 0.999 344硫酸根離子 y=608 758.9x-315 660.3 0.999 006

2.3 精密度試驗

為了考察該試驗方法精密度，在相同色譜條件下，將黃山毛峰茶葉樣品分別進行3次重復進樣分析，計算測定結果的RSD，結果見表3。結果顯示，茶葉樣品中陰離子測定值的相對標準偏差均較小，表明該方法的精密度較好。

表3 4種陰離子的精密度試驗

2.4 加標回收

對茶葉樣品及加標樣品進行進樣分析。根據式（2）計算測定結果的加標回收率，結果見表4。結果顯示，茶葉樣品中4種陰離子加標回收率為97.10%～113.0%，表明方法的準確度較高。

表4 加標回收率

2.5 實際樣品分析

茶葉樣品中F-、Cl-、這4種陰離子色譜圖見圖2，結果見表5。綠茶中F-含量小于紅茶中F-，綠茶中的Cl-與紅茶中的Cl-差別不大，綠茶的含量大于紅茶中，綠茶中含量大于紅茶中張效偉等[3]檢測茶葉中Cl-含量在1 420～2 830 mg/kg之間，石元值等[7]檢測茶葉中的含量在10.2～228.2 mg/kg之間，采用該方法測定茶葉中的離子與前人報道的結果相似。用超聲法[15]對茶葉樣品進行前處理，再經柱，得到樣品溶液，但是這種茶葉樣品前處理方法不能完全除去有機酸，與F-的保留時間接近，測量誤差較大。采用馬弗爐灰化處理，可以完全除去茶葉樣品中的有機化合物，消除有機酸對茶葉中無機陰離子的干擾，使F-、Cl-、離子的測定結果更準確，同時提高分離柱的靈敏度，延長分離柱的使用壽命。NY 659—2003規定茶葉中氟含量不得超過200 mg/kg，這些茶葉中氟含量檢測結果遠低于農業部規定的范圍，沒有超標。除氟離子外，茶葉中的其他陰離子的限量值還沒有標準。

圖2 茶葉樣品中離子色譜圖

表5 茶葉中F-、Cl-、 4種離子 mg/kg

表5 茶葉中F-、Cl-、 4種離子 mg/kg

品種 F- Cl- NO3-SO42-碧螺春 12.51±0.21e 780.53±15.41c 31.43±0.93b 2 848.40±57.40b黃山毛峰 12.92±0.35e 297.13±6.98e 32.00±0.71b 2 857.20±111.90b西湖龍井 6.01±0.15f 336.33±10.31de 34.56±0.78a 2 777.40±95.20b信陽毛尖 7.02±0.2f 444.47±8.11d 35.16±1.01a 3 432.70±95.20a信仰紅 89.2±0.95c 2 649.92±84.62a 7.70±0.10c 61.73±2.18c正山小種 92.32±1.7b 1 234.71±51.30b 3.70±0.10d 64.87±2.15c祁門紅茶 117.42±0.86a 1 208.21±38.62b 3.50±0.10d 68.6±1.13c金絲滇紅 54.21±1.01d 749.47±15.67c 3.77±0.15d 58.4±1.08c注: 同列小寫字母不同, 表示差異顯著 (p＜0.05)

3 結論

試驗通過對茶葉樣品在馬弗爐中550 ℃高溫灰化5 h，溶解，經0.45 μm濾膜過濾的處理，采用離子色譜測定茶葉中的多種陰離子，綠茶中F-含量在6.0～13.0 mg/kg范圍內，Cl-含量在299.4～784.3 mg/kg范圍內，含量在31.0～35.1 mg/kg范圍內，含量在2 784.0～3 458.0 mg/kg；紅茶中F-含量在54.4～116.5 mg/kg范圍內，Cl-含量在752.5～2 681.1 mg/kg范圍內，含量在3.7～7.8 mg/kg范圍內，含量在58.7～69.2 mg/kg。采用高溫灰化-離子色譜能快速準確測定茶葉中無機陰離子含量，方法簡單，準確性好。