饒安舉 張冬梅

摘要：目的? 應用正交實驗法探索微波消解法-原子吸收光譜法測定茶葉中銅含量的最佳樣本前處理條件。方法? 本實驗根據(jù)正交實驗設計表組合條件將樣本進行微波處理，測定茶葉中銅元素含量，探究出硝酸含量、溫度、壓力、保持時間這四種因素對茶葉中有機質(zhì)微波消解的影響。以加標回收率作為評價指標，并對該方法的精密度和檢出限進行測定驗證，根據(jù)實驗結果判斷茶葉中銅含量測定的最佳前處理條件。結果? 影響茶葉中銅元素微波消解效果的因素順序是溫度、保持時間、硝酸含量以及壓力。本次實驗找到的最佳樣本前處理條件組合是硝酸含量為8mL，溫度為170℃，壓力為60bar，保持時間為15min?；鹧嬖游展庾V法測定茶葉中銅含量的加標回收率為98.67%～110.50%，相對標準偏差為0.2%，檢出限為0.00302mg/L。結論? 該方法微波消解茶葉用時較短，有機質(zhì)消解徹底，消解試劑用量少，元素含量測定準確，適用于快速測定數(shù)量較多的茶葉樣本，并且能夠有效提高該方法的可靠性。

關鍵詞：正交實驗;微波消解;原子吸收光譜法;茶;銅含量;優(yōu)化

Abstract： Objective? To explore the best sample pretreatment conditions for the determination of copper in tea by Orthogonal test， Microwave digestion and Atomic absorption spectroscopy.? Methods? ?Orthogonal test method was used to determine the copper content in tea and the effects of HNO3 consume， temperature， pressure， and holding time of pressure on microwave digestion of organic matter in tea were explored.? HNO3 and hydrogen peroxide was added to the sample based on the orthogonal test design.? ? The content of copper in the sample solution was determined by Flame atomic absorption spectrometry and the recovery rate was used as an evaluation index.? The precision and detection limit of the method were tested and verified.? Based on the test results， the optimal sample pretreatment conditions for the determination of copper in tea were judged.? Results? The order of factors affecting the microwave digestion effect of copper in tea was temperature， holding time of pressure， HNO3 consume， and pressure.? The best combination of sample pretreatment conditions found in this experiment was a HNO3 consume of 8 mL， a temperature of 170°C， a pressure of 60 bar， and a holding time of pressure of 15 minutes.? The recovery rates of copper content in tea by flame atomic absorption spectrometry were 98.67%-110.50%， the relative standard deviation was 0.2%， and the detection limit was 0.00302 mg/L.? Conclusion? This method can shorten the time for microwave digestion of tea， completely digest organic matter， reduce the amount of digestion reagents， and determine the content of elements accurately.? It’s suitable for rapid determination of a large number of tea samples， and can effectively improve the reliability.

Key words： Orthogonal test; Microwave digestion; Atomic absorption spectroscopy; Tea; Copper content; Optimization

茶文化發(fā)源于中國，是現(xiàn)代生活中人們不可或缺的重要部分。研究發(fā)現(xiàn)茶葉中含有很多人體所必需的維生素、礦物質(zhì)、氨基酸、茶多酚等物質(zhì)，在預防心血管疾病、抗癌等方面具有重要意義[1]。在種植生產(chǎn)過程中，環(huán)境中的重金屬污染、農(nóng)藥殘留等或多或少都會影響茶葉的品質(zhì)和價值，嚴重者更有可能引起中毒，從而危害人體健康[2-3]。所以，茶葉的衛(wèi)生問題已成為目前老百姓關注的一個熱點[4]。其中銅是人體必需的微量元素，適量攝入銅對人體有著積極作用，銅參與多種酶在機體新陳代謝時的生物轉化，是一種特殊的催化劑[5]。而攝入過多會引起惡心、嘔吐、腹痛等癥狀，長時間的積累，可能會增加肝臟負擔，導致肝硬化，更嚴重的情況下可危害到中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

茶葉中微量元素的分析方法有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子質(zhì)譜法等，其中原子吸收光譜法具有抗干擾能力強、操作快速簡便、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點[6-8]。而對茶葉中微量元素的提取方法主要有濕法消解法和微波消解法[5]。消解的效率直接影響檢測結果。本次研究擬采用微波消解法對茶葉樣本進行前處理，使用火焰原子吸收光譜法分析其中銅元素的含量。影響微波消解的因素主要有硝酸含量、溫度、壓力、保持時間等。為使茶葉中微量元素檢測結果可靠，可利用正交實驗的均衡分散性、整齊可比性[14]來設計出正交實驗設計表L9（3）作為微波消解程序組合，從而探索操作簡便、損失元素少、快速、經(jīng)濟、環(huán)保的的茶葉樣本中銅元素測定的前處理條件。為能夠更好地測定茶葉中微量元素的含量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

微波消解儀（型號，Titan MPS，珀金埃爾默儀器有限公司）、原子吸收光譜儀（型號，PinAAcle 900T，珀金埃爾默儀器有限公司）、酸蒸清洗儀（德國安東帕）、石墨電熱平板、1000μg/mLCu標準溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）、過氧化氫、硝酸（UPS級，蘇州晶瑞化學股份有限公司）、純凈水。

1.2 方法

1.2.1 樣本處理

在某超市購買某品牌茶葉，干燥并粉碎，在干燥器中保存，備用。

1.2.2 標準溶液配制

取1000μg/mLCu標準溶液（購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心）2.5mL，用純凈水定容至100mL容量瓶中，配制成濃度為25mg/L的標準應用液，再取標準應用液配制標準系列溶液，濃度分別為0.2mg/L、0.4mg/L、0.8mg/L、1.2mg/L、1.6mg/L。

1.2.3 微波消解條件的設計

本實驗以硝酸含量（A）、溫度（B）、壓力（C）和保持時間（D）為研究因素，分別選取3個水平，利用正交實驗法系統(tǒng)生成正交實驗設計表L9（3）來設定微波消解程序組合，優(yōu)化測定茶葉中銅含量的前處理條件。共進行9次實驗，每次實驗做3個平行樣本，3個加標樣本， 1個空白對照，最后得到63個待測溶液。

1.2.4 樣品前處理

取6個干凈的消解罐分別編號A/A’、B/B’、C/C’，準確稱量茶葉樣本0.3g左右于6個消解罐內(nèi)，取1個干凈消解罐作空白對照[15]，在通風處加入硝酸于7個消解罐內(nèi)，加入銅標準溶液于A’、B’、C’中，靜置5-10分鐘，使樣本與硝酸先反應1min，再加入過氧化氫，靜置5-10分鐘，加蓋后放入微波消解儀中，按預定的微波消解程序進行消解（表1），本實驗微波消解程序分為3個步驟，固定步驟1和步驟3，將步驟2中的溫度、壓力、保持時間和硝酸含量作為正交實驗的4個因素，每個因素分為三個水平（表2）。表1中待定參數(shù)按照表2中數(shù)據(jù)來設定。微波消解程序結束后，打開微波消解儀，取出消解罐經(jīng)趕酸處理，轉移至50mL容量瓶中，最后定容、搖勻，備用。

1.2.5 測定方法

火焰原子吸收光譜法測定銅含量的條件：波長為324.75nm，所需電流為7mA，狹縫為0.7nm，乙炔流量為2.5 L/min，空氣流量為10 L/min。在此條件下對待測樣液進行檢測。將銅標準系列溶液中中間濃度的標液作精密度檢測。

2 結果

2.1 銅標準曲線繪制

由銅標準曲線可知回歸方程：y = 0.1985x + 0.0011，R2 = 0.9998，相關性較好，可用于測定茶葉樣液中銅含量的計算。

2.2 微波消解條件優(yōu)化的結果

按正交實驗設計表L9（3）來進行實驗，以加標回收率作為評價指標，最后的實驗結果如表3。

表3中的K1、K2、K3分別表示在每個研究因素下的各個水平的加標回收率均數(shù)的總和，K1、K2、K3分別表示每個研究因素下各個水平的平均加標回收率，R表示加標回收率均數(shù)總和之間的極差。

表3結果顯示：根據(jù)極差（R）分析可得出影響微波消解效果的因素順序是溫度、保持時間、硝酸含量以及壓力。微波消解優(yōu)化組合是A3B2C3D1，即：硝酸含量8mL，溫度170℃，壓力60bar，和保持時間15min。

2.3 精密度和檢出限實驗

為了驗證該方法的可靠性，需要進行精密度實驗。取0.8mg/L的銅標準溶液，測定7次，得出茶葉中銅的相對標準偏差（RSD）值為0.2%。對空白試劑進行測定11次，得出標準偏差（S）為0.0002，根據(jù)公式DL cheek =3S/b（b為銅標準曲線方程的斜率），計算出檢出限為0.00302mg/L。證明該方法的精密度高，符合測定分析銅元素的要求。

3 結論與討論

本實驗采用正交實驗法、微波消解法、原子吸收光譜法來對茶葉樣本進行消解處理并測定銅元素含量，從而得到最佳的樣本前處理實驗條件。主要是利用了正交實驗法的整齊可比性、均衡分散性，以最少的實驗次數(shù)來得到一個最佳結果即最佳的樣本前處理實驗條件[9]。以硝酸含量、溫度、壓力和保持時間作為研究因素，得到影響茶葉微波消解效果的順序是溫度、保持時間、硝酸含量和壓力。最佳的樣本前處理實驗條件組合是硝酸含量8mL，溫度170℃，壓力60bar，和保持時間15min。加標回收率為98.67%～110.50%，相對標準偏差為0.2%，檢出限為0.00307mg/L。該方法快速、操作簡便、消解徹底、回收率高、精密度高、可靠性強?？梢詾榻⒑啽恪蚀_的測定茶葉中微量元素方法提供科學依據(jù)。

王敏[10]等研究表明微波消解比濕法消解所測定的樣本結果的相對標準偏差更小，精密度更高，結果更穩(wěn)定、準確，而且濕法消解污染大，微波消解更環(huán)保、先進，環(huán)境對微波消解的影響更小。在本實驗中，進行微波消解的過程中存在一些問題。確定前期各因素水平的時候，先加硝酸，再加了2mL過氧化氫之后，樣本反應太迅速，產(chǎn)生的氣體帶著樣本液體直接溢出消解罐。故選取過氧化氫1mL，且待硝酸加入后5分鐘再加入雙氧水，使反應不會太劇烈，樣液不會溢出。

本實驗是選擇一個最佳的樣本前處理條件，就需要通過多次實驗來取一個最佳條件。如果用以前的老辦法全面考慮，四個研究因素、三個水平組合起來一共需要做81次實驗，雖然能找出最佳方案，但是工作量就會很大，所用時間會很長，帶來的干擾誤差也會很多。但是在選擇正交實驗法的情況下，就只需要做9次實驗，也能代表所有條件對實驗的影響。簡而言之，以部分實驗來代表全面實驗[11]。

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作者簡介：饒安舉，男（1977.10），四川南充，實驗師，從事預防醫(yī)學實驗教學工作

川北醫(yī)學院預防醫(yī)學系? 四川南充? 637000

德陽市羅江區(qū)疾病預防控制中心? 四川德陽? 618500