微波消解-電感耦合等離子體質譜法同時測定普洱茶中9種金屬元素含量

刁玉華 趙四標

摘要：研究建立了普洱茶中9種金屬元素含量的測定方法，樣品經微波消解后，采用分子量相近原則選擇45Sc、73Ge、115In、209Bi之一作為內標，用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）同時測定普洱茶中鉛、砷、鎘、鉻、錳、銅、鋅、鎳、硒的含量。檢出限為0.003 4～0.310 0 mg/kg;在1.0～50.0 ng/mL線性范圍內，相關系數為0.999 1～1.000 0;0.5、2.0、4.0 mg/kg 3個加標質量分數的平均回收率均在90.3%～107.9%之間，RSD均小于5%。該方法基質干擾小、靈敏度高、重復性好、定性和定量準確可靠，能滿足普洱茶中多種金屬元素的測定需求，可用于普洱茶的質量控制和安全評價。

關鍵詞：茶葉;ICP-MS;微波消解;金屬元素

Simultaneous Determination of Nine Metal

Elements in Pu'er Tea by Microwave Digestion

Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

DIAO Yuhua，ZHAO Sibiao

Kunming Institute for Food and Drag Control， Kunming 650032， China

Abstract： A method for the determination of nine elements in Pu'er tea was established. After microwave digestion， oneof 45Sc，73Ge， 115In， 209Bi was chosen as internal standard by the principle of similar molecular weight. The lead， arsenic，?cadmium， chromium， manganese， copper， zinc， nickel and selenium in Pu'er tea were determined by inductivelycoupled plasma mass spectrometry simultaneously. The detection limits of nine elements were range from 0.003 4 mg/kgto 0.310 0 mg/kg. In the linear range from 1.0 to 50.0 ng/mL， the correlation coefficients were from 0.999 1 to 1.000 0.The average recoveries of the three spiked concentrations of 0.5 mg/kg， 2.0 mg/kg， and 4.0 mg/kg were between 90.3%and107.9%， and the RSDs were less than 5%. This method has the advantages of low matrix interference， high?sensitivity， good repeatability， qualitative and quantitative accuracy and reliability， and can be used for quality control?and safety evaluation of Pu'er tea.

Keywords： tea， ICP-MS， microwave digestion， metal elements

茶葉中含有豐富的氨基酸、茶多酚和較豐富的無機元素，其中一些金屬元素是人體必需的[1-3]，但鉛、砷、鎘、鉻等有害元素容易在身體中蓄積，當含量超過人體的承受極限時會引起慢性中毒等[4-5]，因此茶葉的安全問題格外重要，國家也制訂了各級標準明確規定了茶葉中污染金屬元素的限值[6]。普洱茶作為云南地理標志產品，在全國范圍內知名度較高，具有強烈的地域優勢，因此加強普洱茶中金屬元素含量測定的研究十分重要[7]。

茶葉中金屬元素常用的測定方法有分光光度法[8]、原子吸收法[9]、電感耦合等離子體發射光譜法[10]和電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）[11]等。其中，電感耦合等離子體質譜法具有獨特的優勢，如抗干擾能力強、檢出限低、線性范圍寬、多元素同時檢測、檢測時間短等，儀器設備技術成熟，已經廣泛使用于各檢測行業中[12-14]。本研究使用微波消解法對樣品進行前處理，采用ICP-MS法同時測定樣品中的9種常見金屬元素，為同時測定茶葉中多元素提供技術參考。

一、材料與方法

1. 材料與試劑

普洱茶（市售）;硝酸（川東化工，優級純）;多元素標準溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心，GNM-M261674-2013，100 μg/mL）;多元素內標溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心，GNM-M061667-2013，100 μg/L）;茶葉中鉛、鎘質控樣品（中國計量科學研究院，GBW10083）。

2. 儀器與設備

iCAP Q電感耦合等離子體質譜儀（美國賽默飛世爾公司），Multiwave PRO高性能微波樣品制備系統（奧地利安東帕公司），AL104電子天平（梅特勒-托利多公司），arium comfort II超純水機（德國賽多利斯公司）。

3. 試驗方法

（1）樣品消化

稱取經粉碎均勻的樣品約0.3 g于聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL硝酸經預消解后于微波消解系統中按消解程序進行消解，待消解罐冷卻后置于控溫加熱板上于140 ℃趕酸至近干[15]，取下用去離子水定容至50 mL，同時做空白對照，然后用ICP-MS測定。微波消解程序與參數設定見表1。

（2）標準系列溶液配制

通過逐級稀釋的方式，用2%的硝酸稀釋質量濃度為100 μg/mL的Pb、As、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Se、Mn混合標準溶液，得系列標準溶液質量濃度分別為1.0、2.0、4.0、8.0、10.0、20.0、50.0 ng/mL。所有使用的玻璃容器均用20%的硝酸溶液浸泡12 h以上，再用高純水清洗3次，備用。

（3）儀器工作條件

利用調諧液和校正液對儀器進行質量數校準，根據茶葉的特性對儀器條件進行優化，優化后儀器工作條件見表2。

二、結果與分析

1. 線性關系、檢出限和定量限

9種元素的質量濃度在1.0～50.0 ng/mL時，其質量濃度與相應的信號值的線性關系良好，相關系數為0.999 1～1.000 0。以2%的硝酸作為試劑空白，在上述條件下平行測定20次，計算平均值和標準偏差。

以3倍的標準偏差與校準曲線斜率的比值作為檢出限，10倍的標準偏差與校準曲線斜率的比值作為定量限，各元素校準曲線及檢出限與定量限見表3。

2. 準確度

為進一步驗證方法的準確性及可靠性，使用優化的樣品前處理方法和儀器條件對質控樣品進行處理，然后對處理好的質控樣品中Pb、Cd進行測試，2種元素檢測結果均在指定的中值附近，偏差范圍均小于10%，說明整個檢測方法準確可靠，能客觀反映待測樣品的實際情況，質控樣中各元素測試結果見表4。

3. 加標回收率和精密度

在樣品中分別添加0.5、2.0、4.0 mg/kg 3個水平的金屬元素標準溶液，每個水平進行6次平行實驗，按照優化的實驗方法測定，計算其加標回收率及精密度，結果見表5。加標樣品中金屬元素的平均回收率均在90.3%～107.9%之間，相對標準偏差均小于5%，符合國標《實驗室質量控制規范? 食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）[16]的規定，可見本方法加標回收率和精密度比較好。

4. 樣品測定

采用優化的前處理和儀器方法同時測定市售20種普洱茶中鉛、砷、鎘、鉻、銅、鋅、錳、鎳、硒9種金屬元素的含量，檢測結果如表6。同一種普洱茶不同金屬元素含量整體分布規律為：Mn>Cu>Ni>Cr>Pb>Se>As>Cd>Zn，其差異可能與產地土壤的金屬元素含量不同有關。另外，比較陳永明等[1]、丁航等[17]、向素雯等[18]的研究發現，云南普洱茶的有色金屬元素含量普遍高于其他產地茶葉，可能是云南省素有“有色金屬王國”的美譽，土壤中金屬元素含量比較豐富的緣故。

此外，農業行業標準NY/T 659—2003[19]和食品安全國家標準GB 2762—2017[20]對茶葉中鉛、鉻、鎘、砷的限值分別為5.0、5.0、1.0 mg/kg和2.0 mg/kg，本次檢測的20個普洱茶重金屬含量均符合國家現行標準的要求。

三、結論

本研究建立了微波消解ICP-MS法同時測定普洱茶中9種金屬元素含量的分析方法，采用的微波消解法可以有效地減少樣品取樣量和待測物損失，同時還能降低實驗對環境的污染。該方法具有操作簡便、回收率高、檢出限低、對環境污染小等優點，測定的9種元素相關系數為0.999 1～1.000 0，檢出限達0.003 4～0.308 3 mg/kg，回收率為90.3%～107.9%，能夠很好地應用于普洱茶中痕量元素的測定。

參考文獻

[1] 陳永明， 田媛. 綠茶茶葉及其浸出液中重金屬含量研究[J]. 北京工商大學學報（自然科學版）， 2012， 30（2）： 43-47.

[2] 章連香. 食品中重金屬元素檢測方法研究進展[J]. 中國無機分析化學， 2017， 7（1）： 13-18.

[3] 白峰偉， 李力， 龍麗珍. 食品中重金屬元素檢測方法研究進展[J]. 食品安全導刊， 2018， 12（21）： 84-86.

[4] 中華人民共和國衛生部， 中國國家標準化管理委員會. 茶葉衛生標準的分析方法： GB/T 5009.57—2003[S]. 北京： 中國標準出版社， 2003.

[5] 劉瀟威， 何英， 趙玉杰， 等. 農產品中重金屬風險評估的研究與進展[J]. 農業環境科學學報， 2007， 26（1）： 15-18.

[6] 李春紅. 食品中重金屬測定方法研究[J]. 中國新技術新產品， 2015（4）： 65.

[7] 魏春媛. 淺析食品中重金屬元素檢測技術的現狀和前景展望[J]. 科技創新與應用， 2013（1）： 60.

[8] 樓小紅， 吳巧鳳. 紫外分光光度法測定白芍中重金屬的研究[J]. 廣東微量元素科學， 2004， 1（1）： 38-40.

[9] 李茵萍， 關明， 杜為軍， 等. 微波消解-火焰原子吸收法測定新疆野薔薇果中金屬元素[J]. 食品科學， 2010， 3（8）： 143-145.

[10] 楊秀芳， 許凌， 徐建峰， 等. 微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定茶葉中的鎘[J]. 食品科學， 2011， 32（18）： 218-220.

[11] 龍智祥， 羅艷， 謝濤， 等. ICP-MS法測定亞熱帶水果中的重金屬含量[J]. 化學分析計量， 2013， 22（2）： 38-40.

[12] 張宏康， 王中瑗， 許佳璇， 等. 食品中重金屬檢測方法研究進展[J]. 食品安全質量檢測學報， 2016（5）： 1844-1850.

[13] 蔣承武. 食品中重金屬元素檢測方法研究進展[J]. 食品安全導刊， 2017（12）： 96.

[14] 王彥陽， 何燕嫻. 茶葉中重金屬檢測方法及樣品前處理方法分析[J]. 農民致富之友， 2017（12）： 54.

[15] 于剛， 秦朋， 陳丕茂， 等. 微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定殼聚糖膜中銅離子含量[J]. 食品科學， 2015， 36（2）： 201-203.

[16] 中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局， 中國國家標準化管理委員會. 實驗室質量控制規范 食品理化檢測： GB/T 27404—2008[S]. 北京： 中國標準出版社， 2008.

[17] 丁航， 徐美奕， 周克云， 等. 茶葉中微量元素浸出率的研究[J]. 廣東微量元素科學， 2003， 10（5）： 56-58.

[18] 向素雯， 劉素純. 茶葉中重金屬鉛、鎘的研究進展[J]. 食品工業科技， 2015， 36（15）： 386-389.

[19] 中華人民共和國農業部. 茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量： NY/T 659—2003[S]. 北京： 中國標準出版社， 2003.

[20] 中華人民共和國衛生部， 中國國家標準化管理委員會. 食品安全國家標準 食品中污染物限量： GB 2762—2017[S]. 北京： 中國標準出版社， 2017.