微波消解元素分析法在茶叶及土壤中的应用探究

张纽枝（西藏职业技术学院，西藏 拉萨 850000）



微波消解元素分析法在茶叶及土壤中的应用探究

张纽枝
（西藏职业技术学院，西藏 拉萨 850000）

摘要：随着微波消解技术的不断发展和完善，微波消解处理目标样品的方法被广泛的应用于工业、农业、环保、地质、化工及医药等行业。本文首先对微波消解法加以详细阐述，重点对微波消解在茶叶营养元素和在土壤营养元素分析中的应用进行探讨，同时将传统的茶叶及土壤目标样品的处理方式方法与微波消解处理方法进行对比，目的指出微波消解法的优缺点和技术要点，这对微波消解法在茶叶的种植和茶叶营养成分检验的应用上提供一定的借鉴意义。

关键词：微波消解；茶叶；土壤；营养元素

随着我国茶产业的迅速发展，茶叶种植精细化程度逐渐提高，对茶叶的质量检测和把控也日益严格。茶叶作为我国“国饮”，其营养功效也被世人所认同，茶叶中含有许多人体所需的大量元素和微量元素，其中微量元素主要以铁、锰、锌、硒、铜、氟、碘等为主。然而如何监测茶叶中的微量元素，又如何保证茶叶中这些营养元素的含量，就成了现代化茶叶种植面临的又一问题。本文将微波消解法引入茶叶及种茶土壤中营养元素的检测，分析其可行性和优缺点，为日后对茶叶种植中营养元素的研究打下基础。

1　微波消解

广义上的微波消解指的是利用微波将封闭容器中的目标样品和消解液共同加热，从而使得各类样品在高温高压下快速溶解的一类湿化消法。微波消解的密闭容器反应和微波加热这两个特点能够使

得样品中各微量元素得到完整的保留，这也是微波消解法被广泛应用于微量元素的检测上的主要原因。

1.1微波消解原理

在实际操作中，微波消解法是作为目标样品的预处理环节，与后续的各种各样的检测方法共同配合起来应用的，微波消解法的主要目的和传统的干法灰化法和湿法消化法相同，都是将目标样品转变成可溶于水或可溶于酸的化合物，从而用其他方法进行测定。

由其操作方法和原理，我们不难推断出微波消解并非是单一的简单的消解步骤，在消解的过程中，还要根据样品的基体和所测元素来对消解液成分等进行配比和调整。

1.2微波消解的应用

目前，微波消解可同原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子吸收分光光度法、原子荧光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等配合使用。通常采用的酸解体系为：硝酸—硫酸、硝酸—高氯酸、硝酸—盐酸、氢氟酸、过氧化氢等，也可根据实际需要，采用其中一类酸或几类酸进行组合，形成更具针对性的酸解体系。

微波消解不仅可以用于像中草药、茶叶、植物等有机物含量高的目标样品，还能够适用于矿物、土壤、合金等有机物含量低、简单易消解的目标样品。对目标样品中的各类金属非金属元素的测定都能起到良好的消解作用。

2　茶叶营养元素分析

茶叶的营养保健作用已经被人们所广泛接受，茶叶的营养和药理作用主要来源于茶叶中所含的微量元素。对茶叶中微量营养元素的分析就可以很好的帮助我们了解茶叶的品质，从而进一步研究茶叶的营养和药理作用，为茶叶的品质提高和药理开发打下基础。

2.1茶叶营养元素分析方法

茶叶属于植物样品，含有机质较多，已知茶叶中含有锌、铁、碘等元素，所以茶叶样品的处理在使用干法灰化法时容易使其中的锌、铁、碘等元素损失，若要使用干法灰化法进行样品处理，也需要合理控制灰化温度在550℃，既避免元素的挥发，也能够保证灰化程度的完全。

图3显示了工况二时，幅流风机作用下的满载地铁车厢截面半个周期的风速分布云图。由图3可以清楚地看出，幅流风机在由7 s向左下方吹风转换到23 s向右下方吹风的整个变化过程中时，最大风速出现在幅流风机出风口处，约为2.8 m/s，当靠近人体区域时，风速已经减弱到2 m/s以下，截面平均风速约为0.50 m/s，符合人体舒适性要求。

对茶叶样品的消解还可以用湿法消解法来进行，湿法消解法即用单一或复合的酸液或者苛性钠溶液对有机物和还原性物质破坏，从而使得待测组分成为可被检测仪器检测的溶液。当下实验室湿法消解的两种主流实验设备一是孔式消解器，再就是微波技术消解设备。

2.2微波消解法在茶叶营养元素分析中的应用

微波消解法属于湿法消解法的一种，但又与传统的湿法消解法有所不同，微波消解法是利用微波将样品中的极性分子激活，使得整个样品溶液在温度升高的同时不断自行搅拌加热。

在茶叶样品的消解中，采用硝酸—高氯酸—氢氟酸—双氧水的酸液系统组合作为消解液，使用热点电感耦合等离子体原子发射光谱仪作为含量检测仪器，利用铁、锰、铜、锌、镍、钙、镁、磷、硫、钾、钠、硅、钒、铬、钴、硒、钡、锡、铝等元素配比成所需浓度的标准溶液，对茶叶中的微量营养元素进行测量。在仪器工作的最佳条件下，用3倍标准差计算出微波消解的检出限为微克每千克级别。

3　土壤元素分析

茶叶中的营养元素来源于土壤，对茶叶种植土壤的营养元素分析对于茶叶优产是至关重要的。另外，随着我国城市化进程的不断推进，土壤环境污染也日益加剧，一些重金属污染也会对茶叶的种植造成严重的危害和影响。只有详尽地分析土壤中所含的各类元素，才能探清茶叶种植过程中营养元素的流向，才能在茶叶的种植过程中有的放矢，科学种植。

3.1土壤营养元素分析方法

土壤样本含有机质较茶叶样本中少，但本文所采集的土壤样品因腐殖质较为丰富，仍属于有机质较高的目标样本，故而其消解方法的选择和茶叶消解方法在选择上大体是一致的。也是有干法灰分法和湿法消解法两种，具体操作上有电热板消解和微波消解这两种应用较为广泛的样品处理方法。

3.2微波消解法在土壤元素分析中的应用

本文对土壤样品的微波消解元素分析试验采用硝酸—盐酸—氢氟酸—过氧化氢（硝酸—盐酸—过氧化氢）为消解酸体系，采用原子分光光度计和原子荧光光度计对处理后的试样进行光度分析，从而检测出土壤中铜、锌、铅、硒、砷、汞等微量元素的含量。

在对土壤元素进行微波消解时，消解酸体系的配比需要特别注意：过氧化氢能够有效分解土壤中的有机物，氢氟酸可以将土壤矿物中难溶的硅酸盐结合态金属进行分解，硝酸和盐酸的比例可以参考王水或逆王水的比例进行配比。

土壤样品检测的检出限与茶叶样本的检出限相同，也能够达到毫克每千克级别，用土壤标准物质进行准确度和精密度考察后，也验证了微波消解法能够满足对土壤中热稳定矿物元素的测定要求。但微波消解法对铝元素的测定是略微偏低而不够准确的，这是或许因为微波消解无法使用硫酸，无法更快速有效地提高消化液温度，从而使铝元素的消解不完全所致。但从整体上来讲，微波消解法是能够满足土壤中矿物元素的测定的，其回收率也在95%-107%这个较合理的范围区间。

4　微波消解法在茶叶生产中应用的优缺点分析

通过对茶叶中营养元素和土壤中营养元素的检测，微波消解法无论是对于茶叶样品还是土壤样品的处理都具有一定的优势。在实地的试验对比中，微波消解法较干法灰化法、传统的湿法消解法和电热板处理法都具有较为明显的优势，以下将对微波消解法的优缺点进行展开探讨。

4.1微波消解法在茶叶生产中应用的优点

微波消解法采用密闭容器在高温高压下消解，相对与其他方法的敞开式消解，高压能够使得一些在常压下难以消解的物质得到充分消解，这就使得微波消解法具有了消解完全的优势。同时，其密闭的消解环境也避免了消解过程中强酸消解液的暴露对试验参与者的潜在安全隐患和心理压力。

微波消解法的微波加热能够将消解的温度进行有效控制，这就能很好的匹配不同样品及不同酸解液的温度要求，从而能够更有针对性的选择合适的酸解体系对特定的有机物进行消解破坏，达到理想的消解效果。微波消解法的处理过程简便快捷，操作起来相对容易，设备也更为先进可靠，从生产成本的角度上讲，微波消解法还具有低成本、低消耗、低能耗、自动化程度高的优势。

4.2微波消解法在茶叶生产中应用的缺点

在本文设计的对土壤样本进行微波消解的试验中，微波消解对土壤中铝元素的含量测定偏低，分析其原因，和消解液中无法含有硫酸有较大的关系，故而仍然需要对消解液的配比进一步试验来完善。这也是微波消解的一点劣势，需要检测人员对各类元素相对应的消解液配比较为熟悉，同时在首次测量元素含量时也要做对比试验，以防止因消解方法不当而产生的消解不完全而出现元素含量测量的误差。

4.3微波消解法在茶叶生产中应用前景

随着我国经济社会的逐渐转型，我国各个产业也都在向着集约化、精细化和高科技化发展，我国的茶叶种植也不例外，利用微波消解法从土壤到茶叶产品对茶叶中的各类元素进行监测和把控将是茶产业现代化发展的又一方向。

参考文献

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作者简介：张纽枝（1968-），山西运城人，学士，副教授，研究方向：化学教育。