ICP光谱确定茶叶采摘时间

【摘 要】 本文利用ICP光谱测定了不同茶叶中矿质元素的含量。通过分析茶叶中元素间的相关性，研究和建立了ICP光谱特征基，分析了茶叶中矿质元素的分布规律及其与茶叶采摘时间之间的关系，为茶叶的时间特征建立了矿质元素特征图谱。结果表明：不同采摘时间变化的茶叶与矿质元素的分布存在近似的直线关系。本文的研究对于原产地茶叶的保护和分析茶叶产地特征有直接和实际的意义。

【关键词】 ICP光谱 茶叶采摘时间 二次特征基 矿质元素

我国茶树种类繁多、茶叶产地分布广，这些给茶叶的类别、等级、产地、采摘时间等的鉴别工作带来很大的困难。矿质元素是表征地域差异的较好指标，其依据是生物组织不断从它所生活的环境如水、土壤和空气中累积各种矿物元素，由于不同地域土壤中矿质元素的含量与组成有其典型特征，所以不同地域来源的茶叶中元素含量有很大差异。实践中，经常使用等离子体质谱（ICP-MS）等分析不同地域土壤、动植物、水等矿质元素的含量。高建会等人用密闭高压消化ICP测定茶叶等植物性样品中15中痕量稀土元素Ce、La、Nd、Y、Pr的含量[1]。储溱等人采用ICP 测定茶叶中P、Zn、Fe、Mn、Mg、Ca等14种矿质元素含量，建立了对植物样品中多种元素进行同时测定的方法[2，3]。

光谱能反映样品的组成和结构信息，相同或近似的样品有着相同或接近的光谱。从理论上讲，可以通过比较样品的光谱来区分被测样品质量的“好”与“坏”。然而，通过简单比较离子数量上大小是很难实现对茶叶等农产品进行品质和真伪鉴别的。主成分分析可以用数量很少的几条本征谱，在不丢失主要光谱信息的前提下，取代原来复杂的原始光谱，解决了由于谱带的重叠而无法分析的困难。但是简单的主成分分析仍然不能很好的分析茶叶这种具有复杂信息的品质。因此本文提出一种基于主成分分析一种降低茶叶红外光谱图原始数据的维数、提取反映茶叶信息的主要因素的多元统计分析方法—特征基方法。特征基理论即基于主成分分析思想建立的统计分析方法，每进行一次特征提取就好比是一次主成分分析过程。特征提取是为了建立茶叶的光谱特征基，就是选取变量建立特征基的过程，建立特征基后即可对所要分析指标进行投影分析。

1 材料与方法

1.1 原材料和茶叶产地纬度

我国茶叶资源辽阔、种类繁多，根据茶叶生产的发展、土壤气候条件、茶类和茶树品种等特点分为四大产区：江南产区、江北产区、华南产区、西南产区。其中江南产区由于土壤气候条件等原因是我国主要的茶叶产区，而且该产区纬度分布范围较广，所以本实验就主要以江南产区为例同时在其他三大产区各选一种茶叶进行研究。茶叶样本为：云南普洱、台湾乌龙、泉州铁观音、福建碧螺春、安溪铁观音、苍南龙井、君山银针、西湖龙井、黄山毛峰、洞庭碧螺春、信阳毛尖等。

1.2 样品制备

将10g待测茶叶放置在电热恒温鼓风干燥箱内40下干燥12小时至恒重，干燥处理后的待测茶叶放入磨碎机内粉碎30秒（粉碎机水平和垂直方向放置各15秒），取出过40-60目颗粒筛后收集到干燥密闭容器备用。准确称取试样0.5克于石英坩埚内，低温碳化，在500摄氏度下灰化完全，用5毫升1+1盐酸提取残渣，移入25毫升比色管内，定容至刻度，澄清后上机测定。

1.4 仪器及工作参数

VISTA-MPX等离子光谱仪工作参数为：功率1.00kw；等离子气流量15.0L/min；分辅助气流量1.5L/min；雾化器压力200Kpa；狭缝宽度20μm；内标元素波长Cd228.8nm；观察高度10mm；一次读取时间10秒；数据采集重复次数3。

2 结果与分析

2.1 样品元素茶测定结果

ICP光谱法测定不同产地的茶叶样品的7 种矿质元素，结果如表1所示。

从结果我们可以看出，不同地域的茶叶中B、Cu、Fe、Zn、Mn等元素的绝对含量变化较大，但与生理活动相关的K、Na、Ca等离子含量相对稳定； B、Cu、Zn、Mn和Fe元素在各茶叶中的相对含量具有相同变化的趋势；对于同种茶叶的普洱茶，经发酵后的熟普洱比生普洱中各元素含量都稍高。

2.2 二次特征提取用于ICP光谱分析茶叶采摘时间的分析

分析茶叶的采摘时间用的是ICP数据，该数据包括14种茶叶的P、B、Zn、Fe、Cu、Mn、Na、K、Mg、Ca 10种元素的含量。经过反复试验，我们最终找出了与茶叶采摘时间关系最密切的4种元素，即P、K、Ca、Na这4种元素。将每种茶叶的P、K、Ca、Na 4种元素的ICP数据进行矢量归一化和平滑预处理，进行一次主成分分析，得到代表主要信息的特征因子，并选取了第一和第三特征因子建基，得到投影图如图1。

由图1可以看出，在投影图上从右下方至左上方，茶叶投影主要是按采摘时间分布排列的，其次投影分布包含一定的产地信息。投影图右下方茶叶的采摘时间较早，随着向左上方的移动，其它茶叶采摘时间逐渐变晚，从春分前后开始，至清明、谷雨这段时间，大部分茶叶被采摘，这段时间也是绿茶采摘的最佳时机，如黄山毛峰、龙井、信阳毛尖等。一般情况下，绿茶的采摘时间最早，青茶和黑茶的采摘时间较晚，因此在投影图上可以看出，从最右下方的黄山毛峰和龙井等开始逐渐向左上方至王霞普洱、安溪铁观音等茶叶投影的分布，正好符合了按采摘的时间由早到晚排列的顺序。由此可见，用ICP检测茶叶中矿质元素的含量，并结合主成分分析法分析茶叶的采摘时间，具有一定的可行性，该方法还将对分析茶叶产地有指导作用。

3 结语

本文利用ICP光谱测定了不同茶叶中矿质元素的含量，分析了茶叶中矿质元素的分布规律及其与茶叶采摘时间之间的关系，结果表明不同采摘时间变化的茶叶与矿质元素的分布存在近似的直线关系。由此可见，用ICP检测茶叶中矿质元素的含量，并结合主成分分析法分析茶叶的采摘时间，具有一定的可行性，该方法还将对分析茶叶产地有指导作用。

参考文献：

[1]储溱，唐兴敏，董静.茶叶样品中微量元素分析方法的研究.环境资源与工程，2008，（22）：468～471.

[2]高建会，赵良娟，葛宝坤等.密闭高压消化ICP-MS测定茶叶等植物性样品中15中痕量稀土元素.化学测定方法，2006，（16）：551～554.

[3]陈大勇，吴新民，汪泉.ICP-AES法测定茶叶中的4种微量元素及其溶出特性的探究.检测与分析，2008，（11）：43～45.