电化学技术在茶叶分类及重金属含量检测中的探索

2020-12-23王燕如

福建茶叶 2020年5期

王燕如

（华南农业大学材料与能源学院，广东广州 510642）

目前我国的经济发展正处在良性阶段，人们的生活质量较以往得到了显著的提升，而在这样的背景下人们也将面临更多的饮品选择，这就显示出饮料用品其安全性这一社会热点问题。在中国人的饮品选择中，茶可以说有着十分特殊的地位，老祖宗留给我们的茶文化源远流长，而需要认识到的是，茶叶的质量以及其他特征会受到周围环境的显著影响，不同的地理环境，不同的气候条件以及不同的加工方法都会得到不同口感以及营养成分的茶叶，因此无论是厂家还是质量检验部门都需要对茶叶的分类工作和质量监督工作加以重视。我国的茶叶种类十分繁杂，较为常见的有绿茶、白茶、红茶、皇茶等等，无论是使用的茶叶原料还是茶叶的加工发酵过程都存在一定的差异，更为重要的是不同的茶种类有着不同的适用人群，如果饮用不当，不但达不到缓解人们心情的目的，还会对人们的健康造成一定的困扰，这就显示出专业分类的重要性，必须严格的进行分类工作才能够保证人们在选择和购买是能够有所依据。在此基础上，茶叶中含有一定量的微量元素以及重金属元素，与之对应的是市面上能够被消费者购买到的茶叶需要有一定的元素含量限制。而无论是茶叶种类分析还是重金属元素的检测，电化学分析都能够发挥出一定的作用，凭借其检测方面的优势为人们提供便利，本文的研究也将基于此开展。

1 电化学技术在茶叶种类分析方面的应用分析

既然要实现茶叶的分类工作，其主要的依据就是茶叶的味道，化学方法用到茶叶分类方面的工作也有一定的涉及，其最为主要的工作便是通过一定的方法建立起相应的化学感觉，但是由于科学界对人类产生天然感觉的真正原理以及主要的工作机制缺乏更深层次的认识，这就使得建立起化学感觉存在很大的挑战性，也就无法建立真正发挥作用的生物舌或者生物鼻。众所周知，茶叶中的化合物种类较多，但是就当前的研究结果而言，化合物的化学结构与可以感知到的生物刺激之间联系并不紧密，我们可以看到化学物结构十分相似的两种物质表现出的化学性质和物理性质会明显不同，较为经典的就是常见的有机同分异构体，二者之间可能只是存在某个原子之间的位置差异，但是这种差异会造成化合物性质的完全不同，同样的两种分子结构甚至是官能团差异十分显著的化合物可能会表现出极其相似的性质，造成一定的迷惑性。而利用电化学分析技术建立起的电子舌能够在传统的化学检测设备之上做出突破主要表现在以下两点，一方面，电子舌在进行检测时并不是针对物质中的某一种化学物以及化学结构，而是集中于物质中不同体系、不同结构化学物整体作用表现出的整体强度信号，另一方面，电子舌对检测对象进行检测工作时更加关注不同物质之间的整体差异，并且被测试对象的整体属性信息能够被模式识别并表现出来，得到较为可靠的结果。以电化学检测技术为基础的电子舌也有不同的种类和适用范围：

1.1 电化学电位型传感器电子舌

建立起能够用于茶叶分类检测的电子舌，以电化学电位型传感器为基础搭建起的检测电子舌是较为经典且操作难度比较低的，这种电子舌在进行电极选择时采用到的是离子选择性电极，这种电极的一个十分显著的特点就是组装较为容易且经过简单的指导就可以进行使用，与此同时此类电子舌价格也较为便宜，组装难度较低，且更为难得的是选择已电位型传感器为基础，使得这种检测设备与进行分子识别时的自然机制十分的相似，这也使得基于此理论设立的电子舌得到了广泛的研究与应用。如利用PVC膜对脂质体进行修饰并得到选择性电极基于此建立多通道电极传感器系统的研究使得化学电位基础的电子舌得以实现，并且这项研究成功的分辨出人们生活中最为常见的集中味觉酸甜苦辣咸等等，也成功的得到了商业化应用。因此，利用这类电子舌也可以进行基本的茶叶特征分析工作，并根据得到的结果对其种类做出判断。

1.2 阻抗性电子舌

与上述电子舌的研究基础不同，这类电子舌是通过电化学测试得到的电流作为基础进行识别的，通常此类电子舌需要在电极上进行聚合物的沉积如聚苯胺、聚吡咯等等，通过不同的阻抗电流做出味觉的基本区分，并且可以实现定向定量的分析，在茶品的种类分析方面可以进行信号识别工作。

1.3 伏安型电子舌

与上述两种电化学检测为基础的电子舌相比，伏安型电子舌需要借助电化学分析站得到相应的伏安特性曲线，并根据此实现多组分的测量分析工作，这种电子舌也有更多的优势包括选择性高、灵敏度高、检测限度等等，但是由于需要伏安特性曲线作为检测的依据，这种电子舌在进行检测时要求体系能够发生氧化还原反应，现有的研究表明伏安型电子舌能够进行果汁种类等的分析识别，同样的在用于茶叶种类识别时能够发挥重要作用。

2 电化学分析技术实现重金属离子检测

众所周知，重金属会严重威胁到人们的身体健康，包括汞、铅、镉等在内的重金属元素会造成严重的疾病，并且这些重金属元素不易分解，会在水体等载体中长期的蓄积，仅仅凭借自然力量是无法将其在环境中降解的，更为严重的是当其他动物体内含有重金属元素时还会随着食物链进行富集，最终对人类的身体健康造成极大危害。因此，需要更加快捷有效的措施进行重金属元素的分析测定工作，电化学分析技术在该方面有重要的应用价值，方法也有不同的种类：

2.1 溶出伏安法

这种检测方法是从极谱法的基础上衍生而来的，成功实现了电解沉积与电解溶出的有效结合。在实际检测时，待检测的重金属离子根据施加的电位会在水溶液中发生还原反应，更进一步的施加过电位会地的待测重金属原子在电极部分析出，而待检测样品中重金属离子的浓度则与溶出过程电化学工作站测试得到的电流峰值呈正相关关系，这种联系使得金属元素检测得以实现。

2.2 定性以及定量分析

不同的重金属离子具有不同的氧化还原电位，因此利用溶出伏安法可以得到不同检测样品的溶出电位峰值，这种特征峰值对应着不用的金属离子，而不同的电位以及不同的溶出峰值可以分别用于待测样品中重金属离子的定性定量分析。因此在具体实验过程中可以首先得到待测金属离子的标准浓度，相应的不同的标准浓度对应着不同的溶出伏安特性曲线，进一步的可以根据不同浓度下测得伏安特性曲线中峰电流与标准溶液中离子浓度之间的关系做出相应的拟合校准曲线。之后在对待测样品进行测试并得到对应的溶出峰电流值，根据得到拟合方程电流与离子浓度之间的关系便可以得到对应的重金属离子浓度，实现定量分析的目的。