加标浓度直读法测定茶叶中不同溶解特性的铜

高向阳1,2，魏姜勉2，张 娜1

（1.郑州科技学院食品科学与工程学院，河南 郑州 450064；2.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002）

摘 要：建立测定茶叶中不同溶解特性铜的一种新方法。茶叶样品依次经过水溶、醇溶和微波消解后，用铜离子选择性电极加标浓度直读法测定。结果表明：pH4.00的总离子强度调节缓冲剂中，1.00 mol/L硝酸钾和1.00 mol/L氟化钠溶液的最佳用量均为5.00mL。所用铜电极有良好的能斯特响应，转换系数大于93%。实验条件下，茶叶样品测定的相对标准偏差为2.4%（n=11）、加标回收率为94.38%～101.22%，铜离子的检出限为1.20×10-6 mol/L，与国家标准方法进行对照，测定的结果令人满意。

关键词：加标浓度直读法；茶叶；铜；溶解特性

Determination of Copper Ions with Different Dissolution Characteristics in Tea by Concentration Direct-Reading Method after Standard Solution Addition

GAO Xiang-yang1,2, WEI Jiang-mian2, ZHANG Na1

(1. School of Food Science and Engineering, University for Science and Technology Zhengzhou, Zhengzhou 450064, China;

2. College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Abstract: A new method to detect copper ions with different dissolution characteristics in tea was established. After sequential extraction of tea samples with water and alkali, the remaining residue was microwave-digested and detected with a copper-selective electrode by directly reading the concentrations of copper ions. Results showed that the optimal amounts of 1.00 mol/L potassium nitrate and 1.00 mol/L sodium fluoride added were both 5.00 mL in total ionic strength adjustment buffer (TISAB) at pH 4.00. The conversion factor of the copper ion selective electrode was more than 93%, indicating that the Nernst response of this electrode is quite good. Under these experimental conditions, the relative standard deviation for 11 repeated determinations of tea samples was 2.4%, the spike recoveries were in the range of 94.38%–101.22%, and the detection limit was 1.20 × 10-6 mol/L. Satisfactory analytical results were obtained by using the method in comparison to the national standard method.

Key words: concentration direct-reading after standard solution addition; tea; copper; dissolution characteristics

中图分类号：TS207.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）04-0146-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201404030

铜是人体30多种酶的活性成分，参于生长激素、脑垂体素等重要的生命活动，能促进铁在胃肠道中吸收，促进红细胞成熟，具有保持血管弹性、骨骼坚韧性、调节心搏的作用，是有机体必需的微量元素[1-2]。缺铜会导致精神发育停滞、运动障碍和全面营养不良。但摄入过多铜会危害机体，国家标准规定茶叶中铜含量不得高于60 mg/kg[3]。过量铜对机体的危害不仅取决于总量的多少，而且与其溶解特性有关。水溶态活性最强，醇溶态次之，残渣态活性最弱[4]。因此，测定茶中不同溶解形态中铜的含量，有利于了解铜的毒害机理，对保障食品安全有一定的现实意义。

目前，铜的检测方法主要有分光光度法[5-7]、硫胺素荧光光度法[8]、催化动力学分析法[9-10]、电位溶出法[11]、溶出伏安法[12]、原子吸收光谱法[13-18]、高效液相色谱法[19]和电感耦合等离子体发射光谱法[20-22]、电感耦合等离子体-质谱法[23-24]等。以上方法中，光度法与电位溶出法灵敏度较低，原子吸收法、高效液相色谱法和等离子发射光谱法仪器昂贵、操作繁琐、成本较高。加标浓度直读法具有操作简单、灵敏准确、成本低廉、设备携带方便，适用于现场检测，无需作图和进行复杂计算的显著优点，已在食品分析领域得到应用。但测定茶叶中不同溶解形态的铜未见文献报道，本实验采用铜离子选择性电极，以加标浓度直读法进行测定，建立一种快速测定茶叶中不同溶解特性铜的新方法，用于实际样品的分析，结果令人满意，有一定的推广应用价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

信阳毛尖、铁观音、竹叶青购自郑州市丹尼斯超市。

所用水为二次去离子水，所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

铜离子选择性电极、217型双盐桥饱和甘汞电极、PXSJ-216型离子分析仪、温度自动校正传感器 上海精密科学仪器有限公司；KQ-250E型超声清洗器 昆山市超声仪器有限公司；微波消解仪 上海新仪微波化学科技有限公司；TDL-5-A型离心机 上海安亭科学仪器厂；SYZ-B型石英亚沸高纯水蒸馏器 江苏省宜兴市勤华石英玻璃仪器厂；电热恒温干燥箱 上海新苗医疗器械制造有限公司；710ES型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪 美国瓦里安公司。

1.3 方法

1.3.1 溶液的配制

10.00 mmol/L铜离子标准贮备液：准确称取三水合硝酸铜1.20800g，用重蒸水定容于500mL容量瓶，混匀，用时逐级稀释。

总离子强度调节缓冲调节剂：1）1.00 mol/L硝酸钾溶液：准确称取经105 ℃烘至恒质量的硝酸钾50.5000g，用重蒸水定容于500mL容量瓶，混匀。2）1.00 mol/L氟化钠溶液：准确称取经105 ℃烘至恒质量的氟化钠21.0000g于塑料杯中，用重蒸水定容于500mL容量瓶，混匀后移至塑料瓶中备用。3）pH4.00的HAc-NaAc缓冲液。

0.10 mmol/L铜离子A标定液：用移液枪取10.00 mmol/L铜离子标准贮备液0.50 mL于塑料杯中，加入1.00 mol/L硝酸钾5.00 mL，用5.00 mol/L硝酸调pH4.00，加pH4.00的HAc-NaAc缓冲液5.00 mL，加入1.00 mol/L氟化钠5.00 mL，移至50 mL容量瓶，用调节pH 4.00的重蒸水定容，混匀，移至塑料杯中备用。

1.00 mmol/L铜离子B标定液：取10.00 mmol/L铜离子标准贮备液5.00 mL于塑料杯中，加1.00 mol/L硝酸钾5.00 mL，用5.00 mol/L硝酸调pH 4.00，加入pH 4.00的HAc-NaAc缓冲液5.00 mL，加入1.00 mol/L氟化钠5.00 mL，移至50 mL容量瓶，用调节pH 4.00的重蒸水定容，混匀后移至塑料杯中，备用。

铜离子空白溶液：取1.00 mol/L硝酸钾5.00 mL，用5.00 mol/L的硝酸调pH4.00，加入pH4.00的HAc-NaAc缓冲液5.00 mL，加入1.00 mol/L氟化钠5.00 mL，移至50 mL容量瓶，用调节pH4.00的重蒸水定容，混匀后移至塑料杯中备用。

5.00 mmol/L铜离子标准溶液：吸取10.00 mmol/L铜离子标准贮备液25.00 mL于塑料杯中，加入1.00 mol/L硝酸钾5.00 mL，用5.00 mol/L的硝酸调pH 4.00，加入pH 4.00的HAc-NaAc缓冲液5.00 mL，加1.00 mol/L氟化钠5.00 mL，移至50 mL容量瓶，用调节pH值为4.00的重蒸水定容，混匀后移至塑料杯中备用。

1.3.2 样品的处理与测定

水溶态：用研钵将茶叶研磨至全部过60目尼龙筛，用四分法取样，称取样品5g左右（准至0.0001g）于100 mL容量瓶中，用重蒸水定容，置于功率250W频率40kHz的超声清洗器中超声1h，将样品水溶液倒入离心杯中，2000r/min离心3min，取上清液10.00 mL置于小烧杯中，在电热板上蒸至约1 mL，移至消解罐中，用7.00 mL硝酸分数次洗涤烧杯并移至消解罐中，再加1.00 mL双氧水后密封。按表1程序消解，冷却后，排除酸雾。用少量重蒸水冲洗罐体，并移入烧杯中，加入1.00 mol/L硝酸钾5.00 mL，用1.00 mol/L氢氧化钠溶液调pH 4.00，加入pH 4.00 HAc-NaAc缓冲液5.00 mL，加入1.00 mol/L氟化钠5.00 mL，移至50 mL容量瓶，用调节pH4.00的重蒸水定容，混匀后移至塑料杯中备用。

醇溶态：水溶后的残渣置于小烧杯中，于105 ℃烘箱中烘干，用80%乙醇溶液冲洗烧杯并定量移至100 mL容量瓶中定容，在超声清洗器中超声1h，将样品醇溶液倒入离心杯中，2000 r/min离心3 min，取上清液10.00 mL置于小烧杯中，在电热板上蒸至约1 mL，移至消解罐中，用7.00 mL硝酸分数次洗涤烧杯并移至消解罐中，再加1.00 mL双氧水后密封。按表1程序消解，冷却后，排除酸雾。以下操作同水溶态。

残渣态：将醇溶后的残渣置于小烧杯中，于105 ℃烘箱中烘干，分6份置于六联罐中。各加8.00 mL硝酸，30 min后补加2.00 mL硝酸和1.00 mL双氧水，密封好罐体，按表1程序消解，冷却后，排除酸雾。将6 个罐体中的液体合并至小烧杯，在电热板上蒸至约1 mL，用重蒸水冲洗罐体至小烧杯并转移到100 mL容量瓶中定容，混匀。取消解液10.00 mL于烧杯中，加1.00 mol/L硝酸钾5.00 mL。以下操作同水溶态。

表 1 微波压力消解参数的设定

Table 1 Microwave digestion parameters

按仪器说明书安装和校正好仪器后，在仪器起始状态下，按“模式/4”键，进入“已知添加”功能，选择浓度单位“mmol/L”；输入添加标液的体积值0.50 mL，输入试液的体积值50.00 mL和标液的浓度值10.00 mmol/L，
将处理好的电极对和温度传感器放入待测液中，仪器显示当前的电位值和温度值，稳定3 min，等显示稳定后，按“确认”键，仪器显示“添加标液”字样，添加10.00 mmol/L的铜离子标准液0.50 mL后，稳定3 min，等再次显示稳定，按“确认”键，仪器即直接显示试液中铜的浓度c。按下式计算茶叶干基样品中不同溶解特性铜的质量分数（ω）。

式中：c为试液中铜离子的浓度/（mmol/L）；m为样品质量/g；ω1为样品含水的质量分数/%；0.05000为测定时所用试液的体积/L。

2 结果与分析

2.1 样品水分测定

称取茶叶样品5g左右（准至0.0001g），按国标[25]各进行3次平行测定，检验无可疑值后取平均值报告。结果表明：信阳毛尖、铁观音、竹叶青样品中水分的质量分数分别为2.26%、3.59%和4.32%。

2.2 铜选择性电极的转换系数

按照电极使用说明对所用铜电极进行斜率校准，用两点校准法测得铜电极的实际响应斜率为27.536，因理论斜率为29.580，由此计算出所用电极的转换系数为93.09%，表明该电极的能斯特响应良好。

2.3 总离子强度缓冲调节剂

2.3.1 硝酸钾添加量的影响

对浓度为5.00 mmol/L的铜离子标准溶液，分别加入1.00 mol/L硝酸钾溶液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00 mL，按照实验方法各进行5次平行测定，取平均值。以硝酸钾溶液体积为横坐标，以铜离子浓度为纵坐标作图，结果见图1。

图 1 硝酸钾用量对铜离子浓度测定的影响

Fig.1 Effect of the amount of added potassium nitrate on the determination of copper ion concentration

由图1可知，1.00 mol/L硝酸钾溶液用量为5.00 mL时，测定体系有较大的测定信号。

2.3.2 氟化钠添加量的影响

对浓度为5.00 mmol/L的铜离子标准溶液，分别加入1.00 mol/L氟化钠溶液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00 mL，按照实验方法各进行5次平行测定，取平均值。以氟化钠溶液用量为横坐标，以铜离子浓度为纵坐标作图，结果见图2。

图 2 氟化钠用量对铜离子浓度测定的影响

Fig.2 Effect of the amount of added sodium fluoride on the determination of copper ion concentration

由图2可知，1.00 mol/L氟化钠溶液用量为5.00 mL时，测定体系有较大的测定信号。

2.3.3 pH值的影响

分别调节5.00 mmol/L铜离子标准溶液的pH值为3.00、3.50、4.00、4.50、5.00、5.50，按照实验方法各进行5次平行测定，取平均值。以pH值为横坐标，以铜离子浓度为纵坐标作图，结果见图3。

图 3 pH值对铜离子浓度测定的影响

Fig.3 Effect of pH of the copper standard solution on the determination of copper ion concentration

由图3可知，测定体系pH值为4.00时，铜离子有较大的测定信号。

2.4 温度的影响

溶液温度的影响可以通过仪器所带的温度传感器自动进行校正。

2.5 超声功率

所用超声波清洗器的额定功率为250W，实验表明：在此功率和实验条件下对样品超声1h，测定效果理想。

2.6 样品测定结果

按照实验方法，对茶叶样品中不同溶解特性的铜分别进行5次平行测定，检验无可疑值后取平均值报告，结果见表2。

表 2 样品测定结果

Table 2 Determination results of real samples

mg/kg 干基

由表2可知，所分析干基样品中，信阳毛尖、竹叶青残渣态铜含量高于水溶态和醇溶态铜，铁观音样品残渣态铜低于水溶态，3种茶叶的水溶态铜均高于醇溶态铜。水溶态铜的质量分数依次为铁观音＞竹叶青＞信阳毛尖。水溶态铜占总铜的溶出比为铁观音45.27%、信阳毛尖34.93%、竹叶青28.92%。

2.7 检出限和定量限

对1.00×10-5 mol/L的硝酸铜溶液，在与样品相同条件下进行11次平行测定，按3倍信噪比计算的检出限为1.20×10-6 mol/L，按10倍信噪比计算的定量限为4.00×10-6 mol/L。

2.8 测定精密度

实验条件下，对竹叶青水溶态的铜进行11次平行测定，结果见表3。

表 3 精密度的测定结果

Table 3 Results obtained in the validation of the method for precision

由表3可知，样品11次平行测定的平均值为16.77 mg/kg，相对标准偏差为2.4%。

2.9 加标回收率

准确称取竹叶青样品各5.0000g，分别在水溶态、醇溶态、残渣态样液中加入10.00 mmol/L铜离子标准贮备液5.00 mL，按照实验方法进行3次加标回收率实验，检验无可疑值后，取平均值，结果如表4所示。由表4可知，加标平均回收率为94.38%～101.22%。

表 4 回收率测定结果（n=3）

Table 4 Spike recoveries of different copper species (n = 3)

2.10 干扰实验

取1.00×10-5 mol/L硝酸铜标准溶液10.00 mL于50 mL容量瓶，加入1.00 mol/L硝酸钾5.00 mL，用5.00 mol/L的硝酸调pH4.00，加入pH4.00的HAc-NaAc缓冲液5.00 mL，加入1.00 mol/L氟化钠5.00 mL。取浓度分别为0.1000、0.0100、0.0010 mol/L的硝酸铅、氯化钠、三氯化铝、三氯化铁溶液10.00 mL于上述硝酸铜标准溶液中，定容至50 mL。通过离子分析仪的加标浓度直读功能读出铜离子的浓度。结果表明：1000倍Cl－、Pb2+，100倍的Al3+、Fe3+离子对测定无干扰。

2.11 对照测定

按本法处理和微波消解水溶态、醇溶态和残渣态信阳毛尖样品，消解液按照国标法[26]和本法各进行5次平行测定，检验无可疑值后取平均值报告，经F检验和t检验表明：本法与国标法比较，测定结果不存在显著性差异，结论的置信度为95%。

3 结 论

将微波压力消解技术与加标浓度直读法结合，使两者的优点得到充分发挥。该法具有操作简单，快速方便，读数直观，无需作图和进行复杂计算，所用离子分析仪的质量仅为1kg，小巧便携，适用于现场检测。在总离子强度缓冲调节剂pH4.00，加1.00 mol/L硝酸钾溶液5.00 mL和1.00 mol/L氟化钠溶液5.00 mL时，该法测定茶叶中水溶态、醇溶态和残渣态铜结果满意。实验可知：铜选择性电极的转换系数为93.09%，表明所用电极有良好的能斯特响应，对竹叶青茶叶样品测定的相对标准偏差为2.4%（n=11）、加标回收率为94.38%～101.22%，铜离子的检出限为1.20×10-6 mol/L，与国标法对照，测定结果不存在显著性差异。

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