使用ICP-MS判别茶叶的原产地

前言：茶是世界上广受欢迎的饮料之一，因此成为一种高价值的农产品[1]。印度是仅次于中国的茶叶生产国，其中大部分茶叶产自东北部的阿萨姆邦、西孟加拉邦和特里普拉邦。另外还有茶叶种植园位于康格拉（印度北部）和尼尔吉里（印度南部）。总体而言，印度茶分为三类：阿萨姆红茶（种植最多的品种）、大吉岭茶（优质且市场价值高）和尼尔吉里红茶（因风味而闻名）[2]。

制造商将不同品种的茶混合在一起，创造出具有均衡风味的良好一致性的产品。此外，混合有助于减轻高需求茶叶品种的压力，例如仅在西孟加拉邦种植的大吉岭茶。然而，如果消费者购买了一包大吉岭茶，他们很难根据标签了解茶叶的质量和产地。大吉岭茶等具有高市场价值的茶叶品种越来越多地成为食品造假者的目标，他们经常通过替换、掺假或虚贴标签，以牟取经济利益[3]。产地的茶叶（及其他食品）更容易出现掺假，尤其是在需求高于产量的情况下。为了保护消费者和生产者的利益免受食品掺假的影响，需要使用分析方法区分茶叶的原产地并验证其真伪。植物种类、土壤类型、环境因素和农作方式（包括灌溉和化肥的使用）是影响用于生产食品和饮料的农产品元素组成的因素。通常在对样品进行微波辅助酸消解之后，使用 ICP-MS 对食品中的各种元素进行分析[4-6]。这些多元素分析结果提供了每个样品的“元素指纹”，代表了样品的原产地。这些数据有助于进行食品真伪研究，现已应用于茶叶、香料和大米等食品中[3, 7, 8]。

安捷伦 ICP-MS仪器采用八极杆反应池系统 (ORS4)，其经过优化，可利用氦 (He) 碰撞模式和动能歧视 (KED) 去除所有常见的多原子重叠[9]。He KED 模式支持多种元素使用相同的池设置，为食品真伪研究提供了高质量的多元素数据集。安捷伦 ICP-MS 数据与 Agilent Mass Profiler Professional (MPP) 软件兼容。MPP 是一种化学计量学软件包，用于处理大型质谱(MS) 数据集。MPP 包含多种数据分类方法，使分析人员能够建立稳健的模型来预测未知样品的属性（如样品来源）。安捷伦 ICP-MS（例如 7850 和 7900）拥有超过 10 或 11 个数量级的浓度线性动态范围，能够在一次运行中测量样品中的主量和痕量分析物。在宽动态范围下，无需对主量元素进行特别的仪器条件调整，从而简化了方法设置过程，同时还可确保减少由超范围结果引起的重新运行次数。

本研究使用 Agilent 7850 ICP-MS 分析了 150 个茶叶样品的“元素指纹”。这些样品采集自印度的八个地区的相同生长季节。使用 MPP 软件处理从 7850 ICP-MS 获得的元素数据。初步的主成分分析 (PCA) 结果表明，可以根据测量的 68 种元素中 18 种的浓度差异来区分茶叶的原产地。因此，选择这18 种元素进行后续的分析。利用不同的分类预测算法，通过MPP 软件建立预测模型，然后使用这些预测模型来识别 24 个“未知”测试样品的来源。

实验部分校准标样使用 5% HNO3 (v/v) 按体积配制 18 种“指示”元素的校准标样。使用安捷伦标样溶液配制校准标样，其中包括多元素校准标样-1（部件号 8500-6944）、多元素校准标样-2A（部件号 8500-6940）、环境加标混合溶液（部件号 5183-4687）和多元素校准标样-4（部件号 8500-6942）。十二种元素（B、V、Cr、Co、Ni、Zn、Se、Rb、Sr、Mo、Cs 和 Ba）的校准范围为 0.1–200 ppb；Mg 的校准范围为 1.0–20 ppm；Mn和 Al 的校准范围为 0.1–2.0 ppm；La、Ce 和 Nd 的校准范围为 0.1–20.0 ppb。使用安捷伦单元素标准品铑 (Rh)（部件号5190-8509）配制 Rh 内标 (ISTD) 溶液。使用三通接头将 ISTD溶液 (1.00 mg/L) 与样品在线混合。

样品前处理来自 8 个地区（杜阿尔斯、察查县、特莱、大吉岭、托克莱、特里普拉、上阿萨姆和北岸）的共计 150 个茶叶样品由印度茶叶研究协会提供。每个样品都经过干燥和研磨，准确称取约 0.50 ± 0.01 g 样品并置于聚四氟乙烯 (PTFE) 微波消解容器中。用 5 mL HNO3 和 0.1 mL HCl 预消解每个样品，然后应用表 1 所示的微波消解程序 (Anton Paar, Austria) 进行消解。冷却至室温后，将消解溶液转移至 50 mL 离心管中，并用去离子水定容至 40 mL。所有样品、方法空白和加标样品均使用相同的程序制备（图 1）。

加标样品前处理为了测试定量方法的准确性，通过向北岸地区随机选择的样品中加入已知浓度的元素，进行加标回收率研究。在分析的元素中，茶叶样品普遍富含 Zn、Al、Mg 和 Mn，含有中等浓度的B、V、Cr、Co、Ni、Rb、Sr、Mo 和 Sr，以及低浓度的 Se、Cs、La、Ce 和 Nd。因此，在消解之前，向北岸地区的茶叶样品中加入了这些元素，相对于最终样品消解溶液，这些元素的加标浓度分别为 1 ppm、100 ppb 和 10 ppb。对所选的北岸茶叶平行加标了三份样品来完成实验。

仪器本分析使用包括超高基质进样 (UHMI) 系统和 ORS4 碰撞/反应池的 Agilent 7850 ICP-MS。使用 Agilent SPS 4 自动进样器执行进样。7850 配备标准配置，包括 MicroMist 雾化器、石英雾化室、2.5 mm 直径中心管的石英炬管、离轴离子透镜组件和镍锥。所有元素均使用一组 He KED 碰撞池模式条件进行测量，详见表 2。使用 Agilent ICP-MS MassHunter 软件控制7850 并采集数据，再使用 MPP 软件（15.1 版）分析数据。

结果与讨论检测限在方法开发过程中，采集了 68 种元素的数据。然而，只有18 种元素的变化较为明显，可用于分类预测建模。计算校准曲线空白 (n = 10) 浓度的 3 倍标准偏差 (SD)，作为这 18 种元素的仪器检测限 (IDL)。使用 80 倍的稀释倍数（将 0.50 ± 0.01 g 的茶叶消解并稀释至最终体积为 40 mL）计算方法检测限 (MDL)。IDL 和 MDL 如表 3 所示。较低的 IDL，表明 7850 ICP-MS 适用于痕量元素的测定。