不同消解法测定茶叶中4种元素含量

孙 艺，罗小宝

（1.广东省食品工业研究所有限公司，广东 广州 511442；2.广东省食品工业公共实验室，广东 广州 511442；3.广东省食品质量监督检验站，广东 广州 511442）

矿物质元素在人体生化过程中起重要作用，是人体所不可缺少的营养物质，是生物体维持正常机能所必须的[1]。如今人们越来越重视食品营养成分的种类和含量，而矿物质元素几乎都是通过食物进入人体。

茶叶是中国人的一种传统食品，构成茶叶的有机化合物或以无机盐形式存在的基本元素有30余种，主要为磷、钾、硫、钙、镁、铁、铜、铝、锰、硼、锌、钼等[2]，茶叶中含有的营养元素中，很大部分与人体健康有着密切关系，如钙、铁、锌、镁等，缺钙会导致成人骨质疏松，容易骨折；缺铁会导致贫血，引起疲劳乏力、头晕、心悸等。

在食品元素的分析中，常需将样品用酸消解成透明澄清的溶液再进行测定，这种过程称为样品消解，样品消解的水平直接影响食品营养元素测定的准确性，食品标准中常用的消解方法有湿法消化法、微波消解法等[3]，其中微波消解法中有一种超级微波消解技术为最近十年国内引进国外技术发展起来的元素分析前处理技术。该方法采用反应釜一体承压消解技术，具有温度和压力耐受性高，样品消解效率高，消解效果好等特点。茶叶中的有机物成分较多[4]，消解难，耗时长。本实验采用超级微波消解技术结合ICP-OES（电感耦合等离子发射光谱仪）对茶叶中钙、铁、锌、镁4种营养元素进行测定，对比其实验时长、消解效果和测定结果回收率，探索超级微波消解技术的适用性和优势。

1 材料与方法

1.1 材料

市面购买绿茶

1.2 实验试剂

标准溶液：钙（3750 μg/mL）、镁（1000 μg/mL）、锌（75.0 μg/mL）、铁（125 μg/mL），国家有色金属及电子材料分析测试中心；试剂：优级纯硝酸，苏州精瑞化学股份有限公司；超纯水：由Milli-Q 纯水系统提供（Milli⁃pore，电阻率18.2 MΩ·cm，英国）[7]。

1.3 仪器

Agilent 5110 VDV ICP-OES，安捷伦科技有限公司；Ultra CLAVE超级微波消解平台，意大利迈尔斯通公司；ETHOS UP 普通微波消解平台，意大利迈尔斯通公司；HT-300 电热板，广州格丹纳仪器有限公司；ME303E/02电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司。

1.4 消解程序

（1）超级微波消解程序。升温10 min 到温度110 ℃，900 w；升温16 min 到200 ℃，1 200 w；升温5 min 到220 ℃，1 200 w；220 ℃保持10 min，1 200 w；消解完成降温，消解过程中压力40.0 Bar。

（2）普通微波消解程序。升温10 min 到温度130 ℃，1 800 w；130 ℃保持5 min，1 800 w；升温10 min 到150 ℃，1 800 w；升温10 min到180 ℃，1 800 w；220 ℃保持15 min，1 800 w；消解完成降温。

（3）湿法电热板消解程序。升温4 min 到温度120 ℃；120 ℃保持1 h；升温3 min 到180 ℃；180 ℃保持1 h；升温3 min到220 ℃；220 ℃直至消解完成，降温。

1.5 ICP-OES工作参数

用波长校正液校正ICP-OES仪器，使波长误差达到测定要求，仪器工作参数为：射频功率1.20 kW，双通道玻璃气旋雾室，辅助气流量1.0 L/min，等离子体流量12.0 L/min，雾化气流量0.7 L/min。测量方式为轴向模式和径向模式；轴向，测量时间7 s，冲洗时间20 s，检测大部分金属元素和部分非金属元素；径向，测量时间5 s，冲洗时间20 s。

1.6 实验方法

1.6.1 标准工作曲线的配制

标准使用溶液的配制，将各元素标准溶液逐级稀释，并用5%HNO3溶液定容，配制成标准系列。其中钙配制成3.75、7.50、15.0、37.5、60.0、90.0和150.0 μg/mL的标准系列；铁配制成0.125、0.25、0.50、1.25、2.00、3.00和5.00 μg/mL 的标准系列；镁配制成1.00、2.00、4.00、10.0、16.0、24.0、40.0 μg/mL 的标准系列；锌配制成0.075、0.15、0.30、0.75、1.20、1.80、3.00 μg/mL的标准系列。

1.6.2 样品前处理及消解

超级微波消解法：将茶叶粉碎后，称取2份平行样品约0.2 g（精确到0.000 1 g）于石英试管中，再加5 mL硝酸-水（2∶1）后加盖，用Ultra CLAVE超级微波消解系统设置程序并启动消解。待消解完成后，转移至洗净的25 mL容量瓶中，并用少量超纯水洗涤2～3次，洗涤液合并于对应的容量瓶，定容、摇匀，待测，同时做试剂空白以消除试剂误差，消解总时长为1.5 h。

普通微波消解法：将茶叶粉碎后，称取2 份平行样品0.2 g（精确到0.000 1 g）于聚四氟乙烯管中，再加5 mL硝酸后在赶酸器上于125 ℃预消解1 h，冷却后补加硝酸1 mL，加盖，用普通微波消解系统，设置程序并启动消解。待消解完成后，在赶酸器上于145 ℃赶酸至1～2 mL，冷却后转移至洗净的25 mL容量瓶中，并用少量超纯水洗涤2～3次，洗涤液合并于对应的容量瓶，定容、摇匀，待测，同时做试剂空白，以消除试剂误差，消解总时长为3 h[7]。

湿法消解法：将茶叶粉碎后，称取2份平行样品0.2 g（精确到0.000 1 g）于150 mL锥形瓶中，每个锥形瓶中再加10 mL硝酸-高氯酸（5+1）后加盖，放置过夜，翌日在电热板上消解，120 ℃，1 h；180 ℃，1 h；215 ℃至消解完成。待消解完成冷却后，转移至洗净的25 mL容量瓶中，并用少量超纯水洗涤2～3次，洗涤液合并于对应的容量瓶，定容、摇匀，待测，同时做试剂空白，以消除试剂误差，消解总时长为12 h。

三种消解方式的消解时长见表1。

表1 三种消解方式消解时长比较Table 1Comparison of digestion time of three digestion methods

1.6.3 测定

在ICP-OES仪器最优状态下测定标准物质浓度、样品空白浓度、样品试液浓度、加标样品浓度等，计算出结果。每个试样测定前用体积分数为2%的硝酸冲洗仪器15 s。

1.6.4 数据处理

用ICP-OES仪器自带软件进行测定结果计算。

1.6.5 统计分析

分析茶叶中4种营养元素的线性范围、方法检出限、准确度和回收率，用三种前处理消解方法获得的元素精密度。

2 结果与讨论

2.1 线性范围及方法检出限

在试验条件下，测定4种元素的线性范围及检出限，其标准曲线的相关系数都大于0.999 5，线性良好。空白重复测定20次，测定各元素的方法检出限，见表2。

表2 4种营养元素检出限及线性方程Table 2 Detection limits and linear equations of four nutrient elements

2.2 精密度

利用超级微波-ICP-OES测定了绿茶的钙、铁、锌、镁的含量，6次重复测定的RSD均＜5%，精密度良好，结果见表3。

普通微波-ICP-OES测定了绿茶的钙、铁、锌、镁的含量，6次重复测定的RSD均＜5%，精密度良好，结果见表4。

表3 茶叶4种营养元素含量精密度情况（超级微波消解）Table 3 Precision of four nutrient elements in tea (super microwave digestion)

表4 茶叶4种营养元素含量精密度情况（普通微波消解）Table 4 Precision of four nutrient elements in tea (ordinary microwave digestion)

湿法-ICP-OES 测定了绿茶的钙、铁、锌、镁的含量，6 次重复测定的RSD 均＜5%，精密度良好，结果见表5。

表5 茶叶4种营养元素含量精密度情况（湿法消解）Table 5Precision of four nutrient elements in tea (wet digestion)

2.3 准确度

准确称取样品0.2 g，平行3份，1份作为样品本底，其余2份分别加入20 mg/kg 和100 mg/kg 的混合标准溶液，进行加标回收试验，结果显示四种元素的加标回收率为92.2%～99.6%，实验结果准确度理想，见表6。

表6 茶叶4种营养元素加标回收情况Table 6 Recovery of four nutrient elements in tea

3 结论

本论文采用湿法消解法、普通微波消解法和超级微波消解技术结合ICP-OES对四种茶叶中的营养元素进行测定，并对各种消解方法的结果进行了比较。四种元素线性关系良好，检出限在0.001～0.287 mg/kg，符合国家标准方法要求[6]，对样品进行6次测定，RSD均低于5%，回收率均在92.2%～99.6%。三种方法的精密度、加标回收率等均满足实验室质控的要求[5]，超级微波消解时间比普通微波消解的时间少一半，为湿法消解时间的1 8。以上研究表明超级微波法对于有机物含量较多的、成分复杂的茶叶样品，消解效果与其他两种消解方法相当，但其操作简单，并没有其他两种消解方法的步骤繁琐，消解速度也明显优于其他两种消解方法，大大提高了实验室工作效率，该工作可为科学高效地测定茶叶中营养元素含量提供更好的方法参考。