茶叶中微量元素的测定

茶叶中各种微量元素的鉴定与定量测定
段东斑
(武汉大学化学与分子科学学院湖北武汉 430072)
一、实验目的
1. 了解并掌握鉴定茶叶中某些化学元素的方法。

2. 学会选择合适的化学分析方法。

3. 掌握配合滴定法测茶叶中钙、镁含量的方法和原理。

4. 掌握分光光度法测茶叶中微量铁的方法。

二、实验原理
茶叶属植物类，为有机体，主要由C，H，N和O等元素组成，其中含有Fe，Al，Ca，Mg等微量金属元素。

本实验的目的是要求从茶叶中定性鉴定Fe，Al，Ca，Mg等元素，并对Fe，Ca，Mg进行定量测定。

茶叶需先进行“干灰化”。

“干灰化”即试样在空气中置于敞口的蒸发皿后坩埚中加热，把有机物经氧化分解而烧成灰烬。

这一方法特别适用于生物和食品的预处理。

灰化后，经酸溶解，即可逐级进行分析。

钙、镁含量的测定，可采用配合滴定法。

在pH=10的条件下，以铬黑T为指示剂，EDTA 为标准溶液。

直接滴定可测得Ca，Mg总量。

若欲测Ca，Mg各自的含量，可在pH>12.5时，使Mg2+离子生成氢氧化物沉淀，以钙指示剂、EDTA标准溶液滴定Ca2+离子，然后用差减法即得Mg2+离子的含量。

Fe3+, Al3+离子的存在会干扰Ca2+，Mg2+离子的测定，分析时，可用三乙醇胺掩蔽Fe3+与Al3+。

茶叶中铁含量较低，可用分光光度法测定。

邻二氮菲（简写phen），是光度法测定铁的优良试剂。

在pH=2～9的范围内，与二价铁生成稳定的桔红色配合物（Fe(phen)3）2+
此配合物的lgK稳 = 21.3，摩尔吸光系数ε510= 1.1×104L·mol-1·cm-1，而Fe3+能与邻二氮菲生成3∶1配合物，呈淡蓝色，lgK稳=14.1。

所以在加入显色剂之前，
应用盐酸羟胺(NH2OH·HCl)将Fe3+还原为Fe2+，其反应方程式为：
2 Fe3+ + 2 NH2OH·HCl → 2Fe2+ + N2 + H2O + 4H+ + 2Cl-
测定时控制溶液的酸度为pH≈5较为适宜，用邻二氮菲可测定试样中铁的总量。

三、试剂与仪器
⒈仪器：电炉，研钵，蒸发皿，称量瓶，托盘天平，分析天平，中速定量滤纸，长颈漏
斗，50mL酸式滴定管721型分光光度计，1cm吸收池，10mL 吸量管，50mL 容量瓶
⒉试剂：1%铬黑T；EDTA ；1.0×10-3 mol·L-1铁标准溶液；25%三乙醇胺水溶液；氨性
缓冲溶液（pH=10）；100μg·mL-1铁标准溶液；0.15%邻二氮菲水溶液；10%盐酸羟胺溶
液（新配）；1mol·L-1乙酸钠溶液。

四、实验方法
1. 茶叶的灰化和试验的制备
取在100～105℃下烘干的茶叶7～8g于研钵中捣成细末，转移至称量瓶中，称出称量瓶和茶叶的质量和，然后将茶叶末全部倒入蒸发皿中，再称空称量瓶的质量，差减得蒸发皿中的茶叶的准确质量。

将盛有茶叶末的蒸发皿加热使茶叶灰化（在通风厨中进行），然后升高温度，使其完全灰化（或者在电路上现干燥碳化后在马弗炉中800℃加热灰化0.5h）。

冷却后，加6 mol·L-1HCl 10mL于蒸发皿中，搅拌溶解（可能有少量不溶物）将溶液完全转移至150mL烧杯中，加水20mL，再加6 mol·L-1NH3·H2O适量控制溶液pH为6～7，使产生沉淀。

并置于沸水浴加热30min，过滤，然后洗涤烧杯和滤纸。

滤液直接用250mL容量瓶盛接，并稀释至刻度，摇匀，贴上标签，标明为试液（1＃），待测。

另取250mL容量瓶于长颈漏斗之下，用6 mol·L-1HCl 10mL溶解滤纸上的沉淀，并少量多次地洗涤滤纸。

完毕后，稀释容量瓶中滤液至刻度线，摇匀，贴上标签，标明为试验（2＃），待测。

2. 茶叶中，Ca，Mg总量的测定
从1＃容量瓶中准确吸取试液25mL置于250mL锥形瓶中，加入三乙醇胺5mL，再加入氨性缓冲溶液10mL，摇匀，最后加入铬黑T指示剂少许，用0.01 mol·L-1EDTA标准溶液滴定至溶液由红紫色恰变纯蓝色，即达终点，根据EDTA的消耗量，计算茶叶中Ca，Mg的总量。

并以MgO的质量分数表示。

4. 茶叶中Fe含量的测量
（1）邻二氮菲亚铁吸收曲线的绘制
用吸量管吸取铁标准溶液0，2.0，4.0mL分别注入50mL容量瓶中，各加入5mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再加入5mL HAc～NaAc缓冲溶液和5mL邻菲啰啉溶液，蒸馏水定容。

放置10min，用1cm的比色皿，以试剂空白溶液为参比溶液，在722型分光光度计中，从波长420～600nm间分别测定其光密度，确定最大吸收峰的波长，以此为测量波长。

（2）标准曲线的绘制
用吸量管分别吸取铁的标准溶液0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0mL于7只50mL 容量瓶中，依次分别加入5.0mL盐酸羟胺，5.0mLHAc～NaAc缓冲溶液，5.0mL邻菲啰啉，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10min。

用1cm的比色皿，以空白溶液为参比溶液，用分光光度计分别测其光密度。

以50mL溶液中铁含量为横坐标，相应的光密度为纵坐标，绘制邻菲啰啉亚铁的标准曲线。

（3）茶叶中Fe含量的测定
用吸量管从2＃容量瓶中吸取试液2.5mL于50mL容量瓶中，依次加入5.0mL盐酸羟胺，5.0mLHAc～NaAc缓冲溶液，5.0mL邻菲啰啉，用水稀释至刻度，摇匀，放置10min。

以空白溶液为参比溶液，在同一波长处测其光密度，并从标准曲线上求出50mL容量瓶中Fe 的含量，并换算出茶叶中Fe的含量，以Fe2O3质量数表示之。

五．数据记录与结果
1.金银花中钙镁总量的测定
表1 EDTA溶液的标定（锌的质量为0.1927g）
编号 1 2 3
V(EDTA)/mL 27.10 27.10 27.12
C(EDTA)mol/L 0. 01087 0.01087 0.01086 平均浓度mol/L 0.01087 平均相对偏差% 0.03
表2 金银花中钙镁总量的测定（金银花的质量为5g ）
编号 1 2 3 V 式样/mL 50 50 50
V(EDTA)/mL 19.60 19.50 19.56 C(式样)mmol/L 4.261 4.239 4.252 平均浓mmol/L 4.251
平均相对偏差% 0.18
实验中式样是用250mL 容量瓶定容测定，则钙镁总量
4.251/0.25 1.063n CV mmol L L mmol ==⨯=
以氧化镁计算 1.06340.304/42.83Mgo Mgo m nM mmol g mol mg ==⨯=
42.83m 100%=
100%8.57/0.857%5Mgo Mgo m g
mg g m g
ω=
⨯⨯==式样
金银花中钙镁总量约为8.57mg/g ，质量分数为0.857%
2.金银花中铁含量的测定 ①吸收波长的选取
选定最大吸收波长512nm为测定波长
②工作曲线的建立
③金银花中铁含量的测定
实验测得A=0.077，由工作曲线方程y=0.0408x+0.0075得
17.03/50C g mL
μ=试样
=100=17.03/5050100=1.703m C V g mL mL mg
μ⨯⨯⨯铁试样试样
100%=0.034%=3.4mg/g Fe
Fe m m ω=
⨯试样
金银花中铁的含量为3.4mg/g ，质量分数为0.034%
五．问题与讨论
（1）应如何选择灰化的温度？
灰化的作用是将有机物完全氧化去除，留下无机盐便于实验测定。

灰化的温度需要低
于待测物的熔沸点，高于有机物的燃点，这样才能灰化完全且不损失样品。

（2）鉴定Ca 2+时，Mg 2+为什么会干扰？如何分别测定Ca 2+和Mg 2+的含量？ Ca 2+和Mg2+与EDTA 的结合能力相当，在pH=10的条件下滴定只能得到总量。

若要测定
各个离子的含量，可以将PH 调至12~13将镁沉淀，滴定钙的含量。

（3）测定钙镁含量是加入三乙醇胺的作用是什么？
在分离Fe ，Al ，Ca ，Mg 离子时，分离不一定很完全，这时需要通过掩蔽来排除Fe ，Al
对Ca ，Mg 离子测定的干扰。

（4）邻菲啰啉分光光度法测得的铁含量是否为茶叶中亚铁含量？为什么？
实验中用盐酸羟胺将三价铁完全还原为亚铁，测定的是茶叶中铁元素的总量，而不是亚铁的含量。

（5）如何确定邻菲啰啉显色剂的用量？
采用试剂溶液为参比溶液，标准溶液为测定液，改变邻二氮菲的用量，以邻二氮菲体
积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸光度-试剂用量曲线，从而确定最佳显色剂用量。