AAS法分析茶葉中的鉛,鎘,砷

圖1.  PerkinElmer PinAAcle 900T原子吸收光譜儀。

分析茶葉中重金屬的主要挑戰之一，是分析物的水平極低而基質水平又非常高。多年來，石墨爐原子吸收分光光度法(GFAAS)已經被確立為進行此項分析的可靠首選的方法。使用縱向塞曼背景校正和基體改進劑，在進行高基質樣品如茶葉檢測時，有助于得到非常低的檢出限。

全世界大約有一半人都以茶葉做飲料。它被廣泛種植和消費在亞洲東南部。茶葉富含許多痕量無機元素，其中許多必需元素是維持人體健康必不可少的，而一些有毒元素也同樣存在茶葉中。這些歸因于土壤的污染，殺蟲劑和化肥的使用，以及工業活動。我們很少獲得有關茶葉安全及成品茶受重金屬污染方面的信息。由于茶葉的消耗量巨大，所以了解其有毒重金屬的含量是非常重要的。近年來，痕量重金屬的毒性及其對人類健康以及環境的危害受到了相當的重視和關注。在眾多重金屬中，鉛（Pb）、鎘（Cd） 和砷（As）的毒性顯著，甚至在很低的濃度都對人體健康造成危害。它們的固有毒性具有以下特點：傾向性的積聚在食物鏈中并且很難通過排泄系統排出體外。高于重金屬允許水平以上，可引起血壓高，疲勞，以及腎臟和神經系統疾病。研究表明重金屬還會對生殖系統造成有害影響。分析茶葉中的重金屬一個主要挑戰就是：分析物的水平極低而基質水平又非常高。多年來，石墨爐原子吸收分光光度法（GFAAS）已經被確立為進行此項分析的可靠首選的方法。使用縱向塞曼背景校正和基體改進劑，在進行高基質樣品如茶葉檢測時，有助于得到非常低的檢出限，對于這種分析，石墨爐原子吸收光譜是不可缺少分析工具。

圖2.  鉛（Pb）的標準曲線。

實驗條件

儀器

測量使用PerkinElmer PinAAcle 900T原子吸收光譜儀（謝爾頓，CT，美國）配以用于原子吸收的WinLab 32 軟件，在微軟公司Windows 7操作系統中運行。該軟件具有用于樣品分析，報告和數據完成以及確保符合規范的所有工具。用于本分光光度計的高效光學系統和固態檢測器可以提供卓越的信噪比。縱向塞曼扣背景效應用于石墨爐分析提供了其他塞曼系統無法達到的損失極輕的準確校正。橫向加熱石墨原子化器（THGA）技術可以在整個石墨管長度上提供均勻一致的溫度。這些技術消除了高基體樣品分析時固有的記憶效應，從而去除干擾。所有測定均使用熱解涂層石墨管（序列號：B3000655）。儀器條件見表1。加熱進樣器可用于鉛的測定，也可用于鎘和砷的測定。高性能微波樣品制備系統用于微波輔助消解（見表2）。樣品消解使用10個100ml耐高壓的聚四氟乙烯管進行。

標準物質，化學試劑和標準參考物質

PerkinElmer公司用于鉛、鎘和砷測定的單元素標準物質，作為標準儲備液用來制備工作曲線（序列貨號分別為Pb:N9300128；Cd: N9300107；As: N9300102）。工作曲線是在獨立的錐形的聚丙烯瓶（序列號：B0193233 15ml錐形瓶；B01932334 獨立式的50ml錐形瓶）中經系列容積比稀釋制備而成。ASTM1型水（Millipore過濾系統過濾，美國密理博公司，比爾里卡，馬薩諸塞州），使用0.2%的硝酸（Tamapure，多摩化學制劑公司，日本）酸化，同時也用于標準空白和所有稀釋液。30%的過氧化氫（H2O2）（日本東京Kanto化學試劑公司）和硝酸同時用于樣品消解。基體改進劑制備由含10% NH4H2PO4 （貨號 N9303445），1%Mg 如：Mg（NO3）2（貨號 B0190634）和1%Pd（貨號 B0190635）的儲備液，用0.2% HNO3稀釋而來。基體改進劑由AS900自動進樣器自動添加到每個標準管，空白管和樣品管中，AS 900自動進樣器是PinAAcle 900T光譜儀的一部分。

樣品和標準物質的制備

塑料管使用10％的HNO3溶液浸泡24h以上，然后用大量去離子水沖洗干凈后使用。聚丙烯自動進樣杯（貨號B3001566）用20％的硝酸浸泡過夜，并在使用前用0.5％的硝酸徹底沖洗，以減少樣品的污染。在開始樣品分析前，所有的金屬離子的測定都要制作5個標準點的標準曲線（4個標準點加1個空白點），并且保證標準曲線的相關系數r2>0.998。NIST 1568a有證參考物：大米粉中的痕量金屬，用于驗證方法。三個牌子的茶葉樣品均購于新加坡的超市（鐵觀音茶葉，日本綠茶和龍井綠茶）用于實驗分析。準確稱取0.5g左右的樣品或標準參考物質，每個樣品均稱取兩份，作為平行樣。將稱取的樣品轉移至微波消解罐中，樣品消解方法（表2）參照美國國家環保署制定的3052方法執行。消解后的樣品用0.2％的HNO3稀釋定容至25ml的聚丙烯管中。

圖3.  鎘（Cd）的標準曲線。

結果和討論

在石墨爐原子吸收光譜法實驗中，對于存在于復雜基體樣品中的低濃度分析物來說，獲得可重復性的結果是一項具有挑戰性的任務。樣品導入系統在優化瞬時信號的穩定性方面起了非常重要的作用。

圖4.  砷（As）的標準曲線。

PinAAcle900T光譜儀采用了獨特的內置攝像頭監測樣本導入石墨管的全過程。使用石墨爐照相機，可以簡單且容易的定位進樣針進入石墨管的正確深度，從而可獲得高重復性的進樣。在使用恒溫平臺石墨管（STPF），采用縱向塞曼背景校正和自動基體修正等條件下，分析茶葉中低水平的元素幾乎毫不費力，且幾乎沒有樣品基質中共存元素的干擾。建立的方法通過標準參考物質（CRMs）的分析來驗證其有效性（表3）。方法的檢出限（MDLs）計算見表4，計算基于測定的七次試劑空白的標準偏差（Student’s檢驗，t值= 3.14，ρ= 0.02），同時還考慮到了樣品稀釋了50倍的因素。這種檢出限的獲得是基于常規的檢測條件獲得的。這一極其低的檢出限的獲得表明了PinAAcle 900T原子吸收分光光度計有能力分析復雜基質的被測物。

茶葉中含有一些穩定性不同的有機物質，以及一些難溶解的礦物雜質成分。不完全礦化的樣本在微波消解過程中可能會給分析物轉移到溶液的過程造成困難，從而導致測定中的光化學干擾。使用濃硝酸及過氧化氫礦化茶葉，可使樣品得到完全消解，這可由標準參考物（表3）中分析元素的測定值來證實。同時還進行了消解后加標回收實驗，結果列于表5中。實驗獲得的消解后加標回收率的值表明沒有來源于基質中的對分析元素信號的干擾。表6中的結果表明：所有分析樣品中的鉛、鎘和砷的水平都在允許限值（分別為10mg/kg，0.3mg/kg和10mg/kg）以內，這是由美國FDA制定的可食植物部分中該元素的限量。結果證實，經微波消解酸溶解后，使用石墨爐原子吸收光譜儀，測定茶葉中的砷，鎘和鉛不受任何干擾。

小結

在當今，食物原料中的有毒物質比以往任何時候都受更大的關注。近年來，更加強調有毒元素含量。本實驗建立了使用微波-輔助樣品消解系統消解樣品，使用PinAAcle 900T原子吸收分光光度計，石墨爐原子吸收光譜法，準確測定茶葉中的砷、鎘和鉛的方法。加標回收率和標準參考物的分析表明了方法的準確度，檢出限證明了方法的穩定性和精密度。PinAAcle 900Z（單一縱向塞曼石墨爐）分光光度計也可用于此項分析。