离子色谱法测定茶叶中4种阴离子

魏泉增 ，李文娟，王曼曼，肖付刚

1. 许昌学院食品与生物工程学院（许昌 461000）；2. 河南省食品安全生物标识快检技术重点实验（许昌 461000）

中国是茶叶的故乡，4 700多年前神农时代开始种植茶叶，饮茶历史悠久。茶已成为世界上除水以外消耗量最大的饮料[1]。常见的茶有绿茶、红茶等[2]。茶叶中含有F-、Cl-、等阴离子，在日常饮茶过程中，适当的摄入某些无机阴离子对人体有益，但是过量摄入某些阴离子将会对人体造成潜在影响。F-是人体内的必需微量元素，Cl-、、和等则是人体必需的大量元素。摄入适量的F-有利于牙齿健康，防止龋齿发生；但摄入过量F-对身体有害，易造成斑釉齿症或氟骨症。人体中适量Cl-可以维持细胞外液的容量和渗透压，维持体液的酸碱平衡；但摄入过量Cl-，则使人体内Cl-浓度过高，易患高氯血症；人体中适量可以维持人体酸碱平衡，对软化血管有益，有利于肠胃健康；但摄入过量，人体中浓度过高，易造成腹泻、腹痛、水土不服等现象，同时也会使骨骼变软。人体中易被还原为，而可与蛋白质分解产物仲胺类物质生成致癌物亚硝胺，容易引起食物中毒，甚至致癌、致畸变，婴儿易患兰婴儿综合征[1]。因此对茶叶中阴离子的含量进行测定，对保护人体的身体健康具有一定意义。

测定茶叶中无机阴离子的方法有很多。按照GB/T 5009.18—2003中用比色法测定茶叶中的氟离子，其操作繁琐，需要花费较多的人力、时间和试剂等。张效伟等[3]用毛细管电泳分离间接检测方法测定茶叶中的阴离子，其各种阴离子的检出限的范围为0.11～0.82 mg/L，相对标准偏差为1.2%～3.8%；丁冰泉等[4]用滴定法测定水样中的氯离子，其检出限为1 mg/L；谢永洪等[5]在传统比浊法的基础上，用流动注射比浊法测定水样中的硫酸根离子，其检出限为0.468 mg/L，相对标准偏差为4.2%；张勇等[6]用分光光度法测定水样中的硝酸根离子，其计算结果的相对标准偏差为2.1%。采用C18小柱预处理茶叶[7]，检测茶叶中的F-，测定结果大于农业部规定值。郑远利等[8]利用C18小柱预处理茶汤，测定茶叶中的离子，相对标准偏差在2.07%～4.20%之间。这几种测定方法的前处理复杂，检出限和相对标准偏差较高，试验方法的灵敏度和准确性不强。

离子色谱问世以来，一直是分析化学领域发展最快的分析技术之一[9-10]，被广泛应用于各种物质的检测[11-13]。试验利用高温灰化前处理技术，离子色谱技术测定茶叶中F-、Cl-、和这4种离子含量。

1 材料与方法

1.1 材料

碧螺春、黄山毛峰、西湖龙井、信阳毛尖、信仰红、正山小种、祁门红茶、金丝滇红茶叶（胖东来生活广场超市）；氟离子、氯离子、硝酸根离子、硫酸根离子（国家标准物质中心）；超纯水。

1.2 试验仪器

离子色谱仪（IC6000型，色谱柱SI-52 4E型，自动进样器AS2800，安徽皖仪科技股份有限公司）；超声波清洗器（上海声彦超声波仪器有限公司）；高纯水仪器（湖南科尔顿水务有限公司）；分析天平（上海佑科仪器仪表有限公司）。

1.3 标准溶液的配制

精密称取有机纯品氟化钠、氯化钠、硝酸钾和硫酸钠溶于超纯水中制成混合标准品母液，使混合标准母液中F-、Cl-、和的质量浓度分别为200，500，1 000和2 000 μg/mL。将母液通过逐级稀释，配成5组浓度梯度的混合标准溶液，5组混合标准溶液的浓度见表1，待测。混合标准母液最长保留时间不能超过1周。

表1 5组混合标准溶液的浓度

1.4 离子色谱条件

SI-52 4E型阴离子色谱柱，淋洗液3.6 mmol/L碳酸钠，流速0.7 mL/min，柱温45 ℃，池温40 ℃，抑制器电流40 mA，满程进样。

1.5 工作曲线制作及检出限测定

按照表1中不同离子的浓度，由低浓度到高浓度依次进样分析，绘制标准工作曲线。检出限按式（1）计算。

式中：SD为连进3针的标准偏差；k为工作曲线斜率。

1.6 茶叶样品前处理

将干燥的茶叶样品粉碎，充分磨碎均匀后各取0.500 0 g，分别放入坩埚内。用电炉低温加热炭化，移入马弗炉中550 ℃灰化5 h，冷却取出[14]。将灰化完全的茶叶样品置于50 mL的小烧杯中，加入少量高纯水溶解，使茶叶样品中的阴离子充分溶解，定容至50 mL，用0.45 μm滤膜过滤，采用离子色谱测定。

1.7 精密度试验

用黄山毛峰茶叶，平行测定3次，测定茶叶中不同离子的含量。

1.8 加标回收试验

采用标准加入法对茶叶样品做3个水平加标回收试验（各做3次平行），进行回收率试验。

1.9 样品测定

用碧螺春、黄山毛峰、西湖龙井、信阳毛尖、信仰红、正山小种、祁门红茶、金丝滇红8个茶品种，测定茶叶样品中阴离子的含量。采用Minitablet 17统计分析软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）和Tukey法显著性分析（p＜0.05）；用Origin 2015软件制图。结果采用“平均值±标准偏差”表示。

2 结果与分析

2.1 4种阴离子色谱图

如图1所示，标准品色谱图中F-峰和Cl-峰的分离度为7.42，Cl-峰和峰的分离度为24.53，峰和峰的分离度为7.43，表明方法对F-、Cl-、、这4种阴离子的分离效果较好。

图1 混合标准溶液的色谱图

2.2 标准曲线及检出限

4种阴离子线性回归方程，其混合标准溶液的色谱图、线性关系、相关系数见图1和表2。结果表明，氟离子在1～100 mg/kg浓度范围内有良好线性关系；氯离子在2.5～250 mg/kg浓度范围内有良好线性关系；硝酸根离子在5～500 mg/kg浓度范围内有良好线性关系；硫酸根离子在10～1 000 mg/kg浓度范围内有良好线性关系。同时，4种阴离子检出限：F-0.5 mg/kg，Cl-0.5 mg/kg，1.5 mg/kg，1.0 mg/kg，表明方法的灵敏度较好。

表2 F-、Cl-、和的线性方程和相关系数

表2 F-、Cl-、和的线性方程和相关系数

阴离子 线性方程 相关系数氟离子 y=1 004 645.9x-38 978.0 0.999 653氯离子 y=734 560.7x-48 060.2 0.999 309硝酸根离子 y=372 478.2x-92 493.6 0.999 344硫酸根离子 y=608 758.9x-315 660.3 0.999 006

2.3 精密度试验

为了考察该试验方法精密度，在相同色谱条件下，将黄山毛峰茶叶样品分别进行3次重复进样分析，计算测定结果的RSD，结果见表3。结果显示，茶叶样品中阴离子测定值的相对标准偏差均较小，表明该方法的精密度较好。

表3 4种阴离子的精密度试验

2.4 加标回收

对茶叶样品及加标样品进行进样分析。根据式（2）计算测定结果的加标回收率，结果见表4。结果显示，茶叶样品中4种阴离子加标回收率为97.10%～113.0%，表明方法的准确度较高。

表4 加标回收率

2.5 实际样品分析

茶叶样品中F-、Cl-、这4种阴离子色谱图见图2，结果见表5。绿茶中F-含量小于红茶中F-，绿茶中的Cl-与红茶中的Cl-差别不大，绿茶的含量大于红茶中，绿茶中含量大于红茶中张效伟等[3]检测茶叶中Cl-含量在1 420～2 830 mg/kg之间，石元值等[7]检测茶叶中的含量在10.2～228.2 mg/kg之间，采用该方法测定茶叶中的离子与前人报道的结果相似。用超声法[15]对茶叶样品进行前处理，再经柱，得到样品溶液，但是这种茶叶样品前处理方法不能完全除去有机酸，与F-的保留时间接近，测量误差较大。采用马弗炉灰化处理，可以完全除去茶叶样品中的有机化合物，消除有机酸对茶叶中无机阴离子的干扰，使F-、Cl-、离子的测定结果更准确，同时提高分离柱的灵敏度，延长分离柱的使用寿命。NY 659—2003规定茶叶中氟含量不得超过200 mg/kg，这些茶叶中氟含量检测结果远低于农业部规定的范围，没有超标。除氟离子外，茶叶中的其他阴离子的限量值还没有标准。

图2 茶叶样品中离子色谱图

表5 茶叶中F-、Cl-、 4种离子 mg/kg

表5 茶叶中F-、Cl-、 4种离子 mg/kg

品种 F- Cl- NO3-SO42-碧螺春 12.51±0.21e 780.53±15.41c 31.43±0.93b 2 848.40±57.40b黄山毛峰 12.92±0.35e 297.13±6.98e 32.00±0.71b 2 857.20±111.90b西湖龙井 6.01±0.15f 336.33±10.31de 34.56±0.78a 2 777.40±95.20b信阳毛尖 7.02±0.2f 444.47±8.11d 35.16±1.01a 3 432.70±95.20a信仰红 89.2±0.95c 2 649.92±84.62a 7.70±0.10c 61.73±2.18c正山小种 92.32±1.7b 1 234.71±51.30b 3.70±0.10d 64.87±2.15c祁门红茶 117.42±0.86a 1 208.21±38.62b 3.50±0.10d 68.6±1.13c金丝滇红 54.21±1.01d 749.47±15.67c 3.77±0.15d 58.4±1.08c注: 同列小写字母不同, 表示差异显著 (p＜0.05)

3 结论

试验通过对茶叶样品在马弗炉中550 ℃高温灰化5 h，溶解，经0.45 μm滤膜过滤的处理，采用离子色谱测定茶叶中的多种阴离子，绿茶中F-含量在6.0～13.0 mg/kg范围内，Cl-含量在299.4～784.3 mg/kg范围内，含量在31.0～35.1 mg/kg范围内，含量在2 784.0～3 458.0 mg/kg；红茶中F-含量在54.4～116.5 mg/kg范围内，Cl-含量在752.5～2 681.1 mg/kg范围内，含量在3.7～7.8 mg/kg范围内，含量在58.7～69.2 mg/kg。采用高温灰化-离子色谱能快速准确测定茶叶中无机阴离子含量，方法简单，准确性好。