反应釜消解与微波消解在茶叶检测中比较研究

李金贵，田源源，陈俊贤

（1.漳州科技职业学院，福建漳州；2.程集中学，安徽宿松）

在进行元素检测时，前处理基本上是湿式消解法、干法灰化、炉内消解和压力消解罐消解法。湿式消解法是经典的样品前处理方法，但试剂消耗量大，空白值多偏高，也会造成部分易挥发性元素损失，易造成污染等。干灰化法是指通过升高温度使样品中有机物质全部挥发掉，达到除去有机物质的目的。由于灰化温度比较高，造成部分元素因为蒸发损失掉，或与坩埚等器皿的吸附，形成难以用酸溶解的物质，从而导致元素的部分损失[1]。这两种方式耗时较长，和现今对检测的“准确快捷”不符。炉内消解是使用石墨炉直接进样，进样量少，不会引入污染，但样品有机成分含量较高，基体干扰大，同时对样品均匀性要求较高。

压力消解罐消解法，目前行业主流是微波消解，是利用微波的穿透性和激活反应能力，使聚四氟乙烯消解内灌样品温度升高，同时采用密封装置，再加入一定量的酸溶液，达到使样品中有机物质分解的目的[2]。但设备太贵，处理数量有限，资金投入压力较大。

本课题将针对压力消解罐消解法中反应釜消解法和微波消解法，在茶叶元素检测前处理过程中的实际效果比较研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料

市售茶叶：绿茶、红茶、岩茶各0.5kg

1.2 试验仪器

本研究依托具有国家CMA检测资质的漳州天康监测技术有限公司，利用其相关分析条件进行分析检测，试验仪器主要涉及电感耦合等离子质谱仪（Agilent-7700x）、微波消解仪（CEM MARSONE）、50ml不锈钢反应釜（配聚四氟乙烯內罐）、电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9070A）、电子天平（0.001g）等仪器设备。

1.3 试验方法

绿茶、红茶、岩茶采用四分法取样，用植物粉碎机粉碎（过20目筛），待用。试验分为反应釜组和微波消解组，每组每个茶样做五个平行样。

1.3.1 反应釜组：称取0.500g茶粉置于微波消解内罐中，加10mL浓硝酸，静置10min，置于不锈钢外罐拧紧；将整个反应釜置于190℃电热恒温鼓风干燥箱中，保持60min，冷却半小时后，移至通风厨中自然冷却泄压，赶酸、定容至100mL，待测。

1.3.2 微波消解组：称取0.500g茶粉置于微波消解内罐中，加5mL浓硝酸；功率：1000W；升温程序：室温～180℃（25min），保持20min，180℃～室温（15min），赶酸、定容至100mL，待测[3]。

2 结果与分析

用电感耦合等离子质谱仪，对以上微波消解和反应釜消解处理的2组/30个茶叶消解液进行Li、Na、Ca、Mg等18种微量元素检测，540个检测的数据进行统计分析处理，得到相应平均值x、相对标准偏差RSD（由五个平行样计算得到，RSD≤5%时效果较好）和两组检测结果间相对误差值（相对误差≤10%时效果较好）。分析时将数据分为18种元素完全分析，以及12种（Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ba）含量较高，性质稳定的元素进行分析[4]；具体见表一。

2.1 对Li、Na、Mg等18种元素统计分析

通过表一，对54组检测统计数据进一步分析，得出用CEM MARSONE微波消解仪处理绿茶、红茶和岩茶三种茶叶中18种元素时，5个平行样相对标准偏差RSD≤5，占72.22%，而反应釜处理组相对标准偏差RSD≤5，占70.37%。具体见表二。

2.2 对Na、Mg、Al等12种元素统计分析

若将表一中Li、As、Se、Cd、Cr、Pb 6种含量较低或易挥发性元素剔除，仅对Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ba 12种元素统计分析，得出微波消解组相对标准偏差RSD≤5%，由72.22%上升至88.89%，反应釜消解组相对标准偏差RSD≤5%，由70.37%上升至91.67%。具体见表二。

2.3 对两组间检测结果平均值相对误差分析

通过对绿茶、红茶和岩茶三种茶叶，经过微波消解和反应釜消解处理后，测得各种元素检测含量平均值，进行相对误差分析。对18种元素统计分析时，得出54组平均值相对误差≤10%，占85.19%；若仅对12种元素统计分析时，得出36组平均值相对误差≤10%，占97.22%。

3 小结与讨论

通过表二分析分析易知，在18种元素组内相对标准偏差进行分析，微波消解组和反应釜组，两组效果差别仅为1.85%（72.22%/70.37%），差异不明显。 而在Na、Mg、Al等12种含量较大，性质稳定的元素组内相对标准偏差进行分析时，微波消解组和反应釜消解组处理效果，满足RSD≤5%达到88.89%和91.67%，比18种元素分析时提高了16.67%和21.30%，且反应釜消解增加更明显。在对绿茶、红茶和岩茶三种茶叶，经过微波消解和反应釜消解处理后，测得各种元素检测含量平均值，进行18种和12种元素平均值相对误差分析时，满足平均值相对误差≤10%，由85.19%上升至97.22%，提高了12.03%。也就说明在进行茶叶18种元素检测时，二者检测结果一致性超过80%，已经满足检测时方法间差异要求；而在12种元素检测时，二者检测结果基本一致。

现今市场使用的微波消解仪多为进口设备，一台微波消解仪需要30多万元（配12个50mL聚四氟乙烯内灌），而反应釜消解，配相同数量50mL聚四氟乙烯压力消解罐，和一台电热恒温鼓风干燥箱，仪器投入仅约5000元，经费投入比60：1，反应釜消解成本远低于微波消解组。再对试剂消耗量和时间效率比较，二者差别并不明显，微波消解单批处理量一般为12个，而反应釜处理量和电热恒温鼓风干燥箱的容量相关，本次试验用的是80L电热恒温鼓风干燥箱，批处理量可以达到50～60个，效率要比微波消解4～5倍。

综上所述，在茶叶元素研究过程中，检测元素含量时，使用压力消解罐消解法中的反应釜消解，效果较好，满足检测需求。

表一 微波消解和反应釜消解检测结果统计 单位：μg/kg

表二 微波消解和反应釜消解组内相对标准偏差RSD统计

表三 微波消解和反应釜消解组间平均值相对误差统计