激光拉曼光谱结合紫外光谱检测茶水中的咖啡因

房若宇

（浙江大学，浙江 杭州 310058）

咖啡因（1，3，7－三甲基－2，6二氧嘌呤，图1）是一种天然生物碱，存在于茶叶、咖啡豆、可可等植物中。因其具有较强的中枢神经系统兴奋作用，广泛用于诸如脑清片、扑热息痛、散利痛等解热镇痛药物。在食品和饮料领域，咖啡因也被普遍采用为添加剂。人体摄入适当剂量的咖啡因具有祛除疲劳和兴奋神经的效能，但是过量摄入对人体尤其是孕妇和儿童健康的危害不容小视。另外，咖啡因由于其自身的毒性可引发心脏病，在中国被列为毒品管制物。

图1 咖啡因的结构

咖啡因是决定茶叶滋味和颜色等性状的主要成分之一，茶叶中咖啡因的含量因其产地和种类而有所不同，一般在1%～5%之间。对于茶叶，尤其是直接用于饮用的茶水中咖啡因的定性和定量检测具有一定的现实意义。常用咖啡因的检测手段如碘量法、重量法、气相色谱－质谱联用法和高效液相色谱法等普遍存在灵敏度不足及预处理和测定过程繁琐等缺点，尤其是对茶水样品的直接检测往往不适用。

激光拉曼光谱分析对液体样品，尤其是水溶液体系的定性检测简便可靠。紫外光谱分析法检测成本较低，可以给出定量的检测结果。本实验把激光拉曼光谱法和紫外光谱法结合起来，对由常见茶叶直接一次浸泡而得的饮用茶水中的咖啡因进行了直接的定性和定量检测。本方法操作简便、重现性好、灵敏度高，结果令人满意。

1 实 验

1.1 实验仪器

激光拉曼光谱仪：LRS－Ⅲ型，天津港东生产；紫外－可见光谱仪：UV－2450型，日本岛津生产。

1.2 实验材料

茶叶：市售碧螺春、龙井、普洱茶叶，均为一级；饮用水：由直饮水机获得。

1.3 实验材料处理

3种用于检测的茶水均在日常饮用条件下由茶叶直接一次浸泡而得.茶叶（2.0 g）放入90℃水（50 mL）中，30 min后过滤，滤液收集到100 mL容量瓶中，以水稀释到刻度（溶液A，2倍稀释）。10 mL溶液A转移到100 mL容量瓶中，以水稀释到刻度（溶液B，20倍稀释）。10 mL溶液B转移到100 mL容量瓶中，以水稀释到刻度（溶液C，200倍稀释）。各茶水样品在检测前均避光保存。

1.4 激光拉曼光谱和紫外光谱检测

茶水样品B用于激光拉曼光谱检测，仪器由四氯化碳校正，工作范围200～300 n m，扫描间隔0.1 n m。茶水样品C用于紫外光谱检测，以水为参比，样品池宽度1 c m，扫描范围200～600 n m，扫描步长1 n m，中速扫描。

2 结果与讨论

2.1 激光拉曼光谱对茶水中咖啡因的定性检测

由3种茶叶一次浸泡而得的茶水（20倍稀释）测得的激光拉曼光谱图如图2所示。碧螺春、龙井和普洱样品的拉曼散射峰分别出现在263.8、263.9、267.9 n m 处，该结果和文献报道的咖啡因265 n m特征峰相符［1］。其峰强度顺序为：碧螺春＞龙井 ＞普洱，显示其相应咖啡因含量逐次减少。

在拉曼光谱图的其他波段，由于茶叶成分较为复杂，可以观察到其他物质的散射峰，但这并不影响对咖啡因特征峰的判断。

图2 3种茶水（20倍稀释）的激光拉曼光谱图

2.2 紫外光谱对茶水中咖啡因的定量检测

图3显示由碧螺春、龙井和普洱三种茶叶一次浸泡而得的茶水（200倍稀释）所测得的紫外光谱图，表现出较高的灵敏度。

图3 3种茶水（200倍稀释）的紫外光谱图

由图可见3种样品分别在273、272、273 n m处表现出一个强烈的吸收峰，为咖啡因的特征吸收峰，和有关文献报道一致［2－3］。其吸收强度顺序亦为：碧螺春 ＞ 龙井 ＞普洱，和上述拉曼光谱结果相符。

采用紫外光谱的测定结果可以对各茶水中的咖啡因含量进行定量分析.根据朗伯－比尔定律：

式中：A为测得的样品吸光度；ε为摩尔吸光系数；b为吸收池光程长，本实验中为1 c m；c为样品浓度，单位为mol／L。文献报道在水溶液体系中咖啡因的摩尔吸光系数为11 150 L／mol·c m［4］。由此根据图3中各样品咖啡因成分的吸光度计算出的各1次浸泡茶水中的咖啡因含量如表1所示：

表1 3种茶叶一次浸泡茶水中的咖啡因含量

由该结果可见，在直接一次浸泡的茶水中，碧螺春茶水内的咖啡因含量最高，龙井茶水次之，普洱茶水最低。

3 结 论

利用激光拉曼光谱法结合紫外光谱法对茶水中的咖啡因进行了定性和定量检测，分析了碧螺春、龙井和普洱3种茶叶直接一次浸泡茶水中的咖啡因含量.该方法就咖啡因检测而言避免了有机溶剂的使用，便捷易行，具有较高的灵敏度，为茶水中咖啡因的直接检测提供了一条有效的途径.

［1］彭军，梁敏华，冯锦澎.常见饮料中咖啡因的拉曼光谱定性检测［J］.大学物理实验，2011，24（3）：29－31.

［2］张兰桐，蒋午峻，刘玲玲，等.多波长K系数分光光度法测定脑清片中氨基比林和咖啡因的含量［J］.光谱学与光谱分析，1996，16（4）：115－118.

［3］丁明珍，邹建凯.离心萃取－紫外光谱法测定可乐饮料中咖啡因的含量［J］.分析化学研究简报，2008，36（3）：381－384.

［4］Belay A，Ture K，Redi M，et al.Measurement of Caffeine in Coffee Beans with UV／vis Spectrometer［J］.Food Chemistr y，2008，108（1）：310－315.