微波消解–火焰原子吸收分光光度法测定黑茶中金属元素的含量

The Element Determination of Dark Tea with Microwave Digestion and Flame Atomic Absorption Spectrophotometry

摘要: 利用火焰原子吸收分光光度计测定了黑茶中金属元素的含量，采用HNO3-H2O2酸体系消解样品，优化了微波消解条件和仪器工作参数，测定结果表明，三山川黑茶样品中铁元素的含量较高，重金属铅和镉的含量符合国家标准。

Abstract: The content of different metal elements in dark tea was determined by Flame Atomic Absorption Spectrometry (AAS), and the samples were digested with microwave irradiation in HNO3-H2O2 acid system. The microwave dissolving conditions and instrument working parameters were optimized. The results show that the content of ferrum in San Shan Chuan dark tea is high and the content of heavy metals plumbum and cadmium is in line with the national standard.

1. 引言

茶叶是中华民族重要的饮品之一，也是世界人民喜欢的饮品，我国有一半以上的人们都将饮茶作为一种生活习惯。尤其是黑茶，味道浓厚，还具有增加膳食营养、助消化、抗衰老、降血糖、降脂降压、抗菌消炎、利尿解毒、预防肿瘤等诸多功能 [1] [2] [3] [4] [5] ；黑茶中含有多种微量元素，多数微量元素对人体有益，而有些重金属元素，若摄入过多会危害人体健康。因此，把握黑茶制作工艺过程，控制黑茶中重金属含量，对黑茶的品质及饮茶者的身体健康是非常重要的。

目前，茶叶中重金属含量的测定方法主要是原子荧光光谱法(AFS)、原子吸收分光光度法(原子吸收光谱法，AAS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等 [6] [7] [8] [9] 。这些方法都是检测重金属的通用方法，常广泛应用于环境样品、食品及中药材的重金属测定。

本文以湖北省咸宁市咸安三山川黑茶为研究对象，采用微波消解—火焰原子吸收分光光度法，对黑茶中的金属元素(Cu, Fe, Zn, Co, Ni, Pb, Cd)含量进行测定；用微波消解法进行样品前处理，比常规方法高效快速、消解完全，可避免待测元素的污染和损失，使测定结果准确可靠，为黑茶产业的可持续发展提供技术支持。

2. 实验部分

2.1. 仪器与试剂

日立 Z-2000原子吸收分光光度计，备有Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb、Cd空心阴极灯(日本日立公司)；XH-800B型智能温压双控微波消解仪(北京祥鹄科技发展有限公司)，XH-8012消解赶酸器(北京祥鹄科技发展有限公司)。标准储备液Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb浓度均为100 μg/mL，Cd浓度为1000 μg/mL，有证标准物质(中国计量科学研究院国家标准物质中心)；所用试剂均为优级纯；水为二次蒸馏水。

2.2. 样品前处理—微波消解

称取0.3000克粉碎均质后的黑茶样品，放入微波消解专用的聚四氟乙烯内罐中，加入5 mL硝酸和1 mL双氧水，再将内罐置于PEEK外罐中，按表1微波消解程序进行消解。消解完毕后冷却至室温。将盛有消解液的内罐置于赶酸器中，设置温度为130℃，加热消解液赶酸至近干(剩余体积约0.5 mL)，冷却；用二次蒸馏水转移消解液于200 mL容量瓶中定容，待测。同时做空白试验。

2.3. 混合标准溶液

分别移取适量的标准储备液，Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb 浓度均为100 μg/mL，Cd 浓度为1000 μg/mL。按表2配制混合标准工作溶液。

2.4. 仪器工作条件

采用标准燃烧头，原子吸收分光光度计工作条件见表3 [10] [11] 。

3. 结果与分析

3.1. 微波消解程序的优化

干燥的黑茶样品的消解：选用两种酸体系进行消解实验，分别为5 mL HNO₃ + 1 mL H₂O₂，5 mL HNO₃ + 1 mL H₂O₂ + 2 mL HCl；消解程序的选择采用均匀设计法，共筛选五组方法(见表4)进行消解实验，其

Table 1. Microwave digestion program

表1. 微波消解程序

Table 2. Mixed standard solution concentration (μg/mL)

表2. 混合标准工作溶液浓度

Table 3. The optimal working parameters of apparatus

表3. 最佳仪器工作参数

中功率上限为400 P/W，压力上限为4 MPa，升温时间8 min。测定黑茶中重金属含量并进行数据比较。通过比较两种不同酸体系的不同消解条件的测定结果，选出表4中第5组为消解最完全的程序，因此选择反应温度为200℃，反应时间为25 min为最优化消解程序。得到微波消解程序最优方法见表1。

3.2. 方法的线性关系

以吸光度(A)为纵坐标，以元素浓度(μg/mL)为横坐标绘制工作曲线，并计算标准曲线回归方程及相关系数，见表5，得到的标准曲线表明，金属元素浓度在测定过程中线性关系良好，相关系数皆大于0.997 (除Cd以外)，满足定量分析要求。

3.3. 检出限测定结果

本文采用与前处理相同酸体系硝酸–双氧水试剂进行空白测定，按3倍的空白标准偏差计算检出限(见表6)。

3.4. 黑茶样品的测定

3.4.1. 元素含量的计算公式 [12]

$M=c\ast v/w$

式中M：元素含量(mg/kg)，c：曲线获得浓度(μg/mL)，v：定容体积(mL)，w：取样量(g)

Table 4. Five microwave digestion programs

表4. 五个微波消解程序

Table 5. The Regression equation and correlation coefficients

表5. 回归方程及相关系数

Table 6. Detection limit of detected elements

表6. 不同元素的方法检出限(μg/ml) (n = 10)

Table 7. Measured results of metal elements in dark tea

表7. 黑茶中金属元素含量的测定结果(n = 5)

3.4.2. 黑茶样品中元素含量的测定

黑茶样品中7种元素测定结果见表7。结果表明，黑茶样品中不同种类的重金属元素含量具有明显的差异；铁元素含量最高，锌元素含量最低，镉元素在本次测试中未能检测到(另用石墨炉法可测定黑茶中的镉元素)，说明镉的含量低于本次实验的检测限，低于国家标准(镉含量1 mg/kg)。铅含量也低于国家标准(5.0 mg/kg)。

4. 结论

1) 建立了微波消解–火焰原子分光光度计测定黑茶中7种金属元素Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb、Cd的测定方法，并对各种金属元素的微波消解条件和原子吸收分光光度计测定条件进行了优化。

2) 采用5 mL HNO₃ +1 mL H₂O₂酸体系对黑茶样品进行微波消解样品前处理，优化了消解条件，选择了最优消解程序消解黑茶样品。

3) 黑茶样品中7种重金属元素含量和市面上一些优质茶叶中元素含量比较接近 [13] [14] [15] [16] 。重金属铅含量符合国家标准(< 5.0 mg/kg)；镉元素在本次测试中未能检测到，说明镉的含量低于本次实验的检测限，符合国家标准(< 1 mg/kg)；黑茶样品中铁元素的含量较高，表明常饮黑茶可以补铁，有利于贫血症的预防和食疗。

4) 本方法的线性关系良好，测定检出限较低，表明实验方法准确性好。为黑茶中重金属元素的检测提供了理论依据。