ICP-MS检测茶叶中8种重金属

陈聪 谢聪 黄龙

摘要：加入硝酸后用微波消解茶叶，采用ICP-MS法，检测茶叶中铅镉铬汞砷铝硒铜等8种重金属，相对标准偏差为0.5%-5.0%，加標回收率在91.0%-102.0%之间。结果表明，茶叶中含有一定量的重金属，不同种类的茶叶中所含的重金属有一定的差异。实验中采用测定回收率和有证标准物质的办法，保证了所测数据的准确性。

关键词：ICP-MS;茶叶;微波消解;重金属

宜昌是湖北省的茶叶主产区，茶叶为宜昌的特色优势农业产业之一。近年来，在传统绿茶、红茶的基础上，新开发出黑茶、砖茶、乌龙茶等系列产品，及茶饮料、茶食品、茶多酚等精深加工产品[1]。茶叶含有多种微量元素，有些是人体必需的，有些是有害的。准确快速测定茶叶中微量元素的含量不仅对茶叶质量控制有指导意义，而且对茶叶的种植、加工生产有科学依据[2-4]。铅、铜、镉、汞、砷等比重大于5的元素一般被称为重金属，这些有毒有害的重金属被人体摄取后，在体内进行积蓄，会和体内蛋白质进行化学反应，极大地影响了人体的正常生理机能及活动[5]。随着经济的发展，人们对食品质量的需求增加，安全性方面的要求也日益增高。本文就宜昌产绿茶、红茶、黑茶中所含的铅、镉、铬、汞、砷、铝、硒、铜等8种重金属元素进行了研究。消化方式采用加入硝酸，用微波消解的前处理方式消解样品，用ICP-MS检测消化液，采用测定回收率和质控样的办法，保证了所测数据的准确性，得到满意结果。

一、实验部分

（一）实验原理

ICP-MS全称是电感耦合等离子体-质谱法（Inductively coupled plasma-Mass Spectrometry），它是一种将ICP技术和质谱结合在一起的分析仪器，能同时测定几十种痕量无机元素，可进行同位素分析、单元素和多元素分析，以及有机物中余属元素的形态分析。

原理：在ICP-MS中，ICP起到离子源的作用，ICP利用在电感线圈上施加强大功率的高频射频信号在线圈内部形成高温等离子体，并通过气体的推动，保证了等离子体的平衡和持续电离，被分析样品由蠕动泵送入雾化器形成气溶胶，由载气带入等离子体焰炬中心区，发生蒸发、分解、激发和电离。高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成了一价正离子，通过ICP-MS的接口将等离子体中的离子有效传输到质谱仪。质谱是一个质量筛选和分析器，通过选择不同质核比（m/z）的离子通过来检测到某个离子的强度，进而分析计算出某种元素的强度。

干扰：ICP-MS存在同量异位素干扰，不能被四级质谱分辨，一般仪器会自动校正;丰度较大的同位素对相邻元素的干扰，可调整质谱仪的分辨率以减少;多原子离子干扰，由于氯化物离子对检测干扰严重，所以不要用盐酸制备样品，通过调整可以减少这种干扰。

微波消解作为一种新的样品分解技术，具有速度快，污染少，应用范围广等特点[6]，已成为国家食品强制检测标准中的前处理方法之一。食品中的微量元素一般采用分光光度法或原子吸收光谱法[7-9]，ICP-MS法作为近年来发展迅速的分析方法，具有检出限低和准确度高、线性范围宽、干扰少和分析速度快的优点[10]，被广泛应用于各个领域，已成为诸多国家强制食品标准如GB5009系列的检测方法之一。

（二）仪器与主要试剂

NexION350X型电感耦合等离子体质谱仪（美国帕金埃尔默公司）;Marsh微波消解仪（美国CEM公司）;GWA-UP型超纯水系统（北京普析通用仪器公司）;AL204型电子天平（美国梅特勒托利多公司）。

硝酸（优级纯，CNW公司）;超纯水（电阻率为18.2MΩ·cm）。

铅、镉、铬、铝、铜、硒标准溶液，1000mg/L，购自中国计量科学院和国家有色金属及电子材料分析测试中心;汞、砷标准溶液，100mg/L，购自北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司。内标物：锗、铋标准溶液，1000mg/L，购自北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司;钪、锢标准溶液，1000mg/L，购自美国o2si公司。

调谐液：铍，铈，铁，锢，锂，镁，铅，铀的混合溶液，10mg/L，购自美国o2si公司，临用时稀释至1ug/L。氩气：99.999%;氦气：99.999%

（三）试验方法

样品用粉碎机磨碎，过60目筛。称样0.5g，置于微波消解密闭罐中，加入8ml硝酸，塞紧内塞，置于微波消解仪中，按照下列升温消解程序进行样品消解：1.升温：室温→180℃，18min;2.保持时间：20min;3.冷却：180℃→30 C，18min。待消解完毕，将消解罐置于电热板上150℃赶酸，至溶液剩至约0.5-1ml，取下冷却，多次用水冲洗罐壁，转移至10ml容量瓶，定容。同时做试剂空白。

二、结果与讨论

（一）工作条件

ICP-MS工作测量条件如下：射频功率：巧峨DOW;载气流量：1.04L/min;等离子体气流量：18L/min;辅助气流量：1.2L/min;分析泵速：20r/min;重复次数：3次;样品提升时间：45s。采用ICP-MS法测定时，往往存在同位素干扰，导致检测不准确。为消除同位素干扰，采用碰撞池模式峨KED）。根据各金属元素的干扰不同，选择合适的工作模式并优化了模式的工作条件（Cell gas A=3.5），降低了同位素干扰，提高了检测准确度。

（二）线性关系考察

根据样品含量，用1%硝酸逐级稀释各标准溶液，配成铅、镉、铬、汞、砷、铝、硒、铜混合标准曲线，采用内标法检测。内标法是通过向样品溶液中加入内标溶液来监测校正仪器测定时相应信号的变动情况。用内标法时，被测定的溶液中应不含所选择的内标元素，该元素受到的干扰因素尽可能少，质谱行为尽可能与被测元素一致。内标溶液浓度均为50ug/L。经调谐后，达到仪器最佳状态后进样检测。各元素的质量数和对应内标见表1，曲线浓度范围、线性回归方程及相关系数及见表2。

（三）方法的检测限及定量限

在仪器最佳条件下，连续测定试剂空白11次，根据11次空白值的标准偏差的3倍除以标准曲线的斜率计算出检出限，以11次空白值的标准偏差的10倍除以标准曲线的斜率计算出定量限。各元素的检出限和定量限见表3。

（四）样品测定结果

选取宜昌产绿茶、红茶各2种，黑茶1种，按仪器工作条件，对茶叶样品进行测定（n=6），结果及相对标准偏差（RSD%）见表4。取其中绿茶、红茶各一种加入标准溶液进行回收试验，回收率试验见表50为确保结果的准确性，采用国家标准物质绿茶（GBW10052）进行对照，但由于此标准物质的证书里没有给出铝的含量，只能检测另一种国家标准物质湖南大米（GBW10045）作为参考，标准物质检测结果检测值见表60试验结果表明，不同种茶叶品种之间所含重金属有一定差异。用微波消解法进行前处理，ICP-MS检测结果的准确性、精密度都比较理想，而且节省试剂，一次能检测多个指标，缩短了检测周期，大大地提高了工作效率。

（五）结果及讨论

由结果可见茶叶中含有一定量的铅、镉、铬、汞、砷、铜等重元素，特别是大量的重金属铝，黑茶中的重金属比绿茶红茶普遍要高一些。长时期过多摄入铝，会使人神经系统出现混乱，进而对人的思维和大脑的记忆、思考等功能产生危害，情况严重时会引起痴呆[11]。GB2760-2014中规定，绝大部分食品中的铝含量为不得检出或不得超过100mg/kg，而茶叶中铝含量几乎都超过这个限量，特别是黑茶尤其高。由于茶叶并不属于直接食用的食品，该标准没有茶叶中铝的限量值，但铝元素是否会溶出到茶汤中，溶出率为多少，是否对人体健康产生一定危害？这个问题值得进一步研究，有关部门在制定标准时候需得加以考虑。研究茶叶中的重金属元素的含量有助于进一步研究茶叶中各类元素的分布情况，并可为茶产品的科学加工方法提供可靠的实验依据。

参考文献：

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[10]黎进堂，朱昌源.用ICP-MS同时测定都匀毛尖茶中26种微量元素的检测方法研究[J].现代食品，2017（14）：93-96.

[11]唐波.食品中铝含量和分析其超标原因分析[J].科技资讯，2015，13（4）：229.