茶叶中微量元素的检测与分析

李非非，何 文，高 燕，褚然然

(齐鲁理工学院 化学与生物工程学院，山东 济南 250200)

茶叶中的化学成分多达六百余种[1]，其中，无机类成分包括铁、锰、铜、锌、钙、镁等金属元素[2]。虽然微量元素占茶叶的比重很小，但对人体健康的作用不可忽视。茶叶中有益于人体的微量元素的含量，视作评定茶叶优良的一个指标。因此，检测与分析茶叶中的铁、锰、铜、锌的含量，有着重要的意义[3]。茶叶预处理的方法有干法灰化和湿法消化。其中，干法灰化会造成某些金属元素的损耗，因此，本次实验以硝酸-过氧化氢湿法消化处理茶叶[4-5]。

测定茶叶消解液中金属元素的方法有原子吸收法、阳极溶出伏安法等。但是原子吸收法无法同时测定多种元素。阳极溶出伏安法是在极谱分析的理论基础上发展起来的一种比经典极谱分析灵敏度高一万倍的电化学分析方法[6]。阳极溶出伏安法在溶液里痕量金属离子的检测中应用较多。此法的优点是灵敏度高、检测限低、消耗的待测金属离子较少，且可以同时对多种元素进行测定。

本论文用湿法消解茶叶，采用阳极溶出伏安法同时对铁、锰、铜、锌四种金属微量元素进行测定。

1 试剂和仪器

1.1 试剂

论文使用材料为日照绿茶，试剂如表1。

表1 实验试剂

1.2 仪器

仪器如表2。

表2 实验仪器

2 实验方法

2.1 茶叶的消解

2.1.1 消解剂体积的选择

取适量干燥的日照绿茶研磨为粉末。准确称取7份2.0000g茶叶粉末于7个100mL烧杯中，分别向其中加入5.00，10.00，15.00，20.00，25.00，30.00，35.00mL硝酸。电子万用炉，小火加热一段时间。后调电子万用炉至中火，消解140min，调至小火，用胶头滴管缓慢滴入5.00mL过氧化氢，待溶液外观接近无色、透明状态时，关闭电子万用炉，冷却至室温。加适量去离子水煮沸，除去残余的硝酸。处理完毕，放置冷却，过滤。移至100mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度线。

2.1.2 消解时间的选择

准确称取7份2.0000g茶叶粉末于7个100mL烧杯中，加入一定体积的硝酸，电子万用炉分别消解20，40，60，80，100，120，140min。然后调至小火，用胶头滴管缓慢滴入5.00mL过氧化氢，待溶液外观接近无色、透明状态时，关闭电子万用炉。其余操作同上。

2.2 阳极溶出伏安法测定铜、锰、铁、锌

阳极溶出伏安法又称反向极谱法，分为富集和溶出两个过程。富集过程是一个恒电位电解过程，在这个电位下被测离子被还原成原子富集在电极上；溶出过程是富集在汞电极上的金属原子被氧化成离子回到溶液中。溶出时通过工作电极的电流迅速上升，被富集的金属元素随氧化过程的进行迅速降低，得到峰形曲线。检测的各参数不变，待测金属离子的浓度与氧化反应过程中产生的电流正比，因此，电流峰的峰高能作为定量分析的依据[7-8]。

2.2.1 精密度实验

精密度指的是，使用某操作步骤对同一个样品进行多次重复检测时，测定结果之间的一致程度。

阳极溶出伏安法测铁精密度：准确移取5.00mL浓度为20.00μg/mL的铁标准溶液于25mL容量瓶中，加入2.50mL的硝酸-氯化钠底液，去离子水定容到刻度线。测定该溶液，记录电流峰的峰高。连续测定七次。

阳极溶出伏安法测锰、铜、锌的精密度：操作与铁的精密度实验相同。

2.2.2 标准溶液的配制

铁标准储备液(1.00mg/mL)：准确称取0.1429g三氧化二铁粉末，于100mL烧杯中，加入少量的盐酸，小火加热溶解。溶解后，冷却至室温。转移至100 mL容量瓶，去离子水定容到刻度线。摇匀待用。

锰、铜、锌标准储备液(1.00mg/mL)：准确称取0.1592g二氧化锰粉、0.1000g铜粉、0.1245g氧化锌粉末于三个100 mL烧杯中，加入盐酸，小火加热溶解，其余操作均与铁标准储备液的配制方法相同。

铁、锰、铜、锌四种元素出峰电势的确定：准确移取铁、锰、铜、锌标准储备液各5.00mL于4个25mL容量瓶中，加入2.50mL硝酸-氯化钠底液，去离子水定容到刻度线摇匀。测定4种元素出峰电势。

铁、锰、铜、锌混合标准溶液：准确移取铁、锰、铜、锌标准储备液各0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00mL于取6个50 mL容量瓶中，去离子水定容到刻度线，摇匀。测定各溶液电流峰的出峰电势与峰高，绘制标准曲线。

2.3 茶叶样品中铁、锰、铜、锌含量的测定

准确称取2.0000g烘干研碎的茶叶粉末于100mL烧杯中。加入一定的硝酸，消解一段时间。其余操作同上。

准确移取5.00mL茶叶消解液、2.50mL硝酸-氯化钠底液于25mL容量瓶，去离子水定容。阳极溶出伏安法测定溶液，记录峰电势与峰高，计算茶叶中四种元素的含量。

3 结果与讨论

3.1 茶叶的消解

3.1.1 消解剂体积的选择

不同体积的硝酸消解2.0000g茶叶，阳极溶出伏安法测定铁、锰、铜、锌的峰高，作图，见图1。

图1 硝酸最佳体积的选择

由图1可知：随着硝酸用量的不断增加，铁、锰、铜、锌的峰高不断变高，直到加入30.00mL硝酸，峰高达到最大值，继续增加硝酸，峰高趋于稳定，说明茶叶中铁、锰、铜、锌消解完全，因此最佳体积为30.00mL。

3.1.2 消解时间的选择

不同消解时间消解2.0000g茶叶，用阳极溶出伏安法测定铁、锰、铜、锌的峰高，作图，见图2。

图2 硝酸消解茶叶的最佳时间

通过图2可知：随着消解时间的增加，铁、锰、铜、锌的峰高不断变高，直到消解100min时，峰高达到最大值并趋于稳定，说明茶叶消解完全，因此最佳时间为100min。

3.2 阳极溶出伏安法测定铜、锰、铁、锌

3.2.1 精密度

阳极溶出伏安法连续测定20.00μg/mL的铁、锰、铜、锌标准溶液7次，记录峰高，计算相对标准偏差，结果见表3。

表3 茶叶中铁、锰、铜、锌含量的测定

阳极溶出伏安法测得铁、锰、铜、锌的RSD值较小，表明仪器精密度良好。

3.2.2 标准曲线的绘制

阳极溶出伏安法测定铁、锰、铜、锌标准溶液，出峰电位见表4。

表4 铁、锰、铜、锌的出峰电位

3.2.2.1 铁标准曲线的绘制

阳极溶出伏安法测定不同浓度的铁标准溶液，记录数据并作图，见图3。

图3 铁标准曲线

由图3可知，阳极溶出伏安法测定铁标准溶液，铁浓度在0.00～100.00μg/mL范围内线性关系良好，R2=1，回归方程为y = 0.0002x + 0.0000001。

3.2.2．2 锰标准曲线的绘制

阳极溶出伏安法测定不同浓度的锰标准溶液，记录数据并作图，见图4。

图4 锰标准曲线

由图4可知，阳极溶出伏安法测定锰标准溶液，浓度在0.00～100.00μg/mL范围内线性关系良好，R2=1，回归方程是：y = 0.00005x - 0.0000002。

3.2.2．3 铜标准曲线的绘制

阳极溶出伏安法测定不同浓度的铜标准溶液，记录数据并作图，见图5。

图5 铜标准曲线

由图5可知，阳极溶出伏安法测定铜标准溶液，浓度在0.00～100.00 μg/mL范围内线性关系良好，R2=1，回归方程是：y = 0.0009x + 0.0000003。

3.2.2．4 锌标准曲线的绘制

阳极溶出伏安法测定不同浓度的锌标准溶液，记录数据并作图，见图6。

图6 锌标准曲线

由图6可知，阳极溶出伏安法测定锌标准溶液，浓度在0.00～100.00μg/mL范围内线性关系良好，R2=1，回归方程是：y = 0.0008x - 0.00001。

3.3 茶叶中铁、锰、铜、锌含量的测定

阳极溶出伏安法测定茶叶消解液中铁、锰、铜、锌，通过峰高计算茶叶中四种微量元素的含量，结果见表5。

表5 茶叶中铁、锰、铜、锌的含量

由表5可知，茶叶中铁、锰、铜、锌的含量分别为0.0610mg/g、0.2700mg/g、0.0415mg/g、0.0206mg/g。

4 结论

硝酸-过氧化氢消解绿茶，阳极溶出伏安法同时检测绿茶中铁、锰、铜、锌四种元素。结果表明，在硝酸-氯化钠底液中，铁、锰、铜、锌在0.00～100.00μg/mL范围内，峰高与浓度均呈良好的线性关系。阳极溶出伏安法测定铁、锰、铜、锌四种元素精密度好，结果准确、可靠。绿茶中铁、锰、铜、锌的含量分别为0.0610，0.2700，0.0415，0.0206mg/g，其中铁和锰的含量很高，饮用绿茶有助于补充人体所需的四种微量元素。