（茶学专业论文）茶叶中氟的分离富集技术及检测方法研究.pdf

摘要 氟是人体必需的一种微量元素，对人体健康有着很大的影响。适量的摄入 可以防龋齿、 维持机体正常的 钙磷代谢， 从而 增强骨骼强度， 并促 进儿童发育。 目 前人们广泛使用含氟牙膏 来预防龋齿。 茶树是典型的富氟植物，是生产加氟 牙膏及其他含氟保健品的天 然氟资源， 必将有着良 好的 应用前景。 本研究首次着眼于茶叶中氟的开发利用，以 9毛茶为原料， 研究了茶叶中 氟检测的新方法一茜素氨狡络合剂分光光度法，建立了 最适合工业化生产高 氟提取物的加工工艺，并首次采用离子交换树脂法和醇沉法对茶叶提取物中 的氟进行分离富集，取得了如下研究结果: 1 在氟 浓度 为0 . 1 - 0 .7 u g /m l 的 浓 度 范围内 ， 运 用茜 素 氨毅 络合 剂 分 光 光 度 法直接测定茶叶水提取物中的氟，并作了 精密度、稳定性、 重现性、 加标回 收率等方面的 试验， 取得良 好的结果。 该法操作简便、 快速， 所需仪器常见， 适用性强。 2 .以 水为浸提剂， 黑毛茶为原料，以 氟提取率为考察指标， 通过单因 素 实验、正交实验以 及方差分析，综合考虑提制效率与提制成本， 对浸提条件 进行了 优化， 确定了高氟提取物的最佳提取工艺参数，即 温度8 5、固液比 1 :3 2 ,浸提时间7 0 m i n a 3 .采用7 1 7 强碱性阴离子交换树脂对茶叶水提物中的氟进行分离富集. 通过单因素实验、正交实验，确定了 最佳操作条件。该树脂对氮离子的静态 饱和吸附量为1 . 9 3 m g / m l ，动态饱和吸附量为0 . 8 1 m g / m l 。吸附条件为:上 柱 流 速1 .5 b v ih , 料 液 p b 值 6 .0 ， 料 液氟 浓 度为 0 .0 6 m g / m l ; 最 佳 洗 脱 条 件为 : 3 % h c i ,流速为2 b v / h 、 洗脱体积3 b v ， 解吸率达9 3 .4 3 %。 干燥产品氟含量 达到1 2 8 1 1 .8 7 m g / k g . 4 . 运用水提醇沉工艺对茶叶水提物中的氟进行富集。通过单因素实验、 正交实验，综合考虑效率与成本，对水提醉沉条件进行优化，确定了 最佳工 艺参数，即 7 5 %醇沉浓度、0 . 8 : 1的浓缩液浓缩度。干燥产品氟含量达到 1 2 4 5 2 . 2 2 m g / k g . 上述简便、快速、稳定的氟试剂分光光度检测法以 及茶叶提取物中氛分 离富集技术的建立，为高氟茶叶资 源的合理开发利用提供了 技术支撑。 关健词:茶叶;氟:分光光度法;分离与富集;离子交换树脂;醇沉法 ab s t r a c t f l u o ri d e i s t h e i n d i s p e n s a b l e m ic r o e l e m e n t o f h u m a n b o d y , i t p l a y s a v e r y i m p o r t a n t p a r ty i n h u m a n h e a l t h . t h e p r o p e r i n t a k e c a n p r e v e n t t h e d e c a y e d t o o t h , m a in t a i n t h e n o r m a l c a l c i u m a n d p h o s p h a t e m e t a b o l i s m , b u i l d u p t h e s k e l e t a l s t r e n g th a n d h e lp t h e c h i l d d e v e l o p m e n t . a t p r e s e n t , t o o t h p a s t e w i t h fl u o r i d e i s u s e d t o p r e v e n t t h e d e c a y e d t o o t h . t e a tr e e i s t y p i c a l p l a n t w i t h h ig h fl u o r i d e . t h e fl u o r i d e i n t e a i s t h e n a t u r a l r e s o u r c e w h i c h c a n b e u s e d t o p r o d u c e a n d m u s t h a s t h e f a v o r a b l e p r o s p e c t . f o r t h e fi r s t t i m e , t h e r e s e a r c h f o c u s o n t h e e x p l o i t a t i o n a n d u t i l i z a t i o n o f t h e t e a fl u o r i d e . u s i n g r a w d a r k t e a a s m a t e r i a l , s t u d ie d o n a n e w m e t h o d - a l i z a r i n c o m p l e x o n e s p e c t r o p h o t o m e t r y t o d e t e c t t h e t e a fl u o r i d e . t h e n t h e e x t r a c t i o n me t h o d w a s r e s e a r c h e d a n d t h i s me t h o d w o u l d b e s u i t f o r i n d u s t r i a l p r o d u c t a n d p r o d u c e t e a e x t r a c t s w i t h h i g h - l e v e l c o n t e n t o f fl u o r i d e . a l s o , a p p l y i n g a n i o n - e x c h a n g e r e s i n a n d a l c o h o l - d e p o s i t i o n t e c h n i c i s o l a t e d a n d e n r i c h e d t h e fl u o r i d e fr o m t e a e x t r a c t i o n . t h e ma i n r e s u l t s w e re a s s h o w e d : 1 . u s i n g a l i z a r i n c o m p l e x o n e s p e c t r o p h o t o m e t ry d e t e r m i n a t e t h e fl u o r i d e i n t e a e x t r a c t i o n d i r e c t b 、a g o o d l i n e a r i t y re l a t io n s h 知 b e t w e e n t h e d e g r e e o f a b s o r b a n c e a n d t h e c o n c e n t r a t i o n o f fl u o r i d e wa s o b t a i n e d w h e n t h e c o n c e n t r a t i o n o f fl u o r i d e w a s w it h in t h e r a n g e o f 0 . 1 - 0 .7 w g / m l . t h e d e t e r m i n a t i o n m e t h o d w a s c h a r a c t e r i z e d b y p r e c i s e d e g re e , s t a b i l i t y , c o n v e n ie n c e , s i m p l i c i t y a n d r a p i d it y . 2 . u s i n g h s 0 a s d i s s o l v e n t , t h e e x t r a c t i o n m e t h o d o f fl u o r id e - ri c h n e s s e x t r a c t fr o m r a w d a r k t e a w a s s t u d i e d . a t fi r s t t h e e x t r a c t c o n d i t i o n s w e r e s t u d i e d b y s i n g l e f a c t o r a s s a y s b a s e d o n t h e c o n t e n t o f fl u o r i d e i n t h e e x t r a c t s . t h e n t h e c o n d i t i o n s w e re o p t i m i z e d t h r o u g h o r th o g o n a l e x p e r i m e n t a n d v a r i a n c e a n a l y s i s . wi t h t h e c o n s i d e r a t i o n o f c o s t o f p r o d u c t i o n a n d t h e e x t r a c t e ffic i e n c y , t h e o p t i m u m c o n d i t i o n s f o r t h e e x t r a c t o f t e a fl u o r i d e w e r e d e t e r m i n e d , t h a t t h e t e m p e r a t u r e 8 5 c , t h e r a t io o f s o l i d t o l i q u i d w a s 3 2 : 1 a n d t h e e x t r a c t i o n t i me w a s 7 0 mi n u t e s . 3 . wit h 7 1 7 a n i o n - e x c h a n g e r e s i n s e p a r a t e d t h e fl u o ri d e fr o m t e a e x t r a c t i o n . t h e s i n g l e f a c t o r t e s t s , o r t h o g o n a l e x p e r im e n t a n d v a r i a n c e a n a l y s e s w e r e a p p l i e d t o o p t i m i z e t h e m a n i p u l a t i o n p a r a m e t e r s .t h e r e s u l t s s h o w th a t t h e s a t u r a t e d a d s o r b i n g c a p a c i ty o f 7 1 7 a n i o n - e x c h a n g e r e s i n w a s 1 .9 3 m g / m l ( s t a t i o n a r y s t a t e ) a n d 0 . 8 1 m g / m l ( d y n a m i c s t a t e ) . t h e o p t im u m a d s o r p t i o n c o n d i t i o n s a re t h a t f e e d i n g r a t e w a s 1 . 5 b v / h , p h w a s 6 .0 a n d c o n c e n t r a t i o n o f f e e d w a s 0 .0 6 m g / m l . t h e o p t i m u m e l u t i o n c o n d i t i o n s w e r e t h a t th e e l u t i o n o f h y d r o c h l o r i c a c i d w a s 3 %( v / v ) , t h e e l u t i o n r a t e w a s 2 b v / h a n d t h e e l u t i o n v o l u m e w a s 3 b v t h e d e - a d s o r p t i o n r a t e w as 9 3 .4 3 %. t h e c o n t e n t o f fl u o r i d e in f i n a l p r o d u c t w a s a m o u n t t o 1 2 8 1 1 .8 7 m g / k g . 4 . wi t h w a t e r - e x t r a c t i o n - a l c o h o l - d e p o s it i o n t e c h n i c s e p a r a t e d t h e fl u o r i d e fi r m t e a e x t r a c t i o n . t h e s in g l e f a c t o r t e s t s , o r t h o g o n a l e x p e r im e n t a n d v a r i a n c e a n a ly s e s w e r e a p p l i e d t o o p t i m i z e t h e m a n i p u l a t i o n p a r a m e t e r s .wi t h t h e c o n s i d e r a t i o n o f c o s t o f p r o d u c t i o n , t h e o p t i m u m c o n d i t i o n s w e re t h a t t h e a l c o h o l c o n c e n t r a t i o n w as 7 5 %; t h e r a t e o f r a w m a t e r i a l ( w e i g h t ) t o c o n c e n t r a t e d s o l u t i o n ( v o l u m e ) w as 0 .8 ( g ) : 1 ( m l ) . t h e c o n t e n t o f fl u o r i d e i n fi n a l p r o d u c t w as a m o u n t t o 1 2 4 5 2 .2 2 m g / k g . f o r t h e d e t e r mi n a t i o n me t h o d o f t e a fl u o r i d e was b u i l t a n d t h e t e c h n i c p a r a m e t e r s o f i s o l a t i o n a n d c o n c e n t r a t i o n fl u o r i d e f r o m r a w d a r k t e a a n d i t s e x t r a c t s w e r e o p t i m i z e d , t h i s p a p e r w as t h e t e c h n o l o g y b as i c f o r t h e e x p l o i t u re a n d u t i f 7 p fi o n o f fl u o ri d e - r i c h n e s s t e a res o u r c e k e y w o r d s : t e a ; fl u o ri d e ; a l i z a r i n c o m p l e x o n e s p e c t r o p h o t o m e t ry ; i s o l a t i o n a n d c o n c e n t r a t i o n ; a n io n - e x c h a n g e re s i n ; a l c o h o l - d e p o s i t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在指导老师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。 尽我所知， 除了 文中特别加以 标注和致谢的地方外， 论文 中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得湖南农业大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。 与我一同 工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名: 时间: -)igol - 年 - l - 月 丝日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校 有权保留送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅， 可以采用影印、 缩放或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 同意湖南农业大学可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名: 时间: 导 师 签 名: 时间: 第一章前言 1氟在植物界中的分布及对人体健康的影响 1 . 1氟在植物界中的分布 氛是自 然界中普遍存在的元素。 植物中的氟主要来源于大气和土壤， 因 种类 不同 有不同的摄氟能力， 且差异明显， 这是决定同一区域生长的不同种类植物含 氟 量不同的主 要原因。 植物平均 含氟量为 0 . 1 m g ,/ k g， 地 脚植物为 0 . 5 -4 0 m g / k g , 海生 植 物为 4 .5 m g / k g ， 谷 类为 3 . o m g lk g ， 牧草为 4 .8 m g / k g , 蔬 菜为 7 .0 m g l k g , 茶 树 是 典 型的富 氛植 物， 一 般嫩叶 含氟 量 为1 0 0 - 2 0 0 m g / k g， 成熟 叶 平 均 为 4 0 0 m g /k g ， 而 老 叶 则 超 过1 0 0 0 m g l k g u . 1 . 2氟对人体健康的影响 1 . 2 . 1氟在人体内的吸收、分布和排泄 不同状态的氟化物可随不同介质以不同途径进入人体。 存在于食物、 水中的 氟可通过消化道被吸收， 空气中的氟化物可通过呼吸道进入机体， 还有些氟化物 会在接触中 通过皮肤进入机体. 其中消化道是主要摄氟途径。 氟化物被吸收后约 有7 5 % 与蛋白 质结合。 在体内主要分布于骨骼和牙齿中。 进入体内的氟有5 0 % 通过不同 途径排泄掉。 肾脏是主要排泄器官，占总排氟 的7 5 %，自 粪便排出的占1 2 .6 %， 汗液排出7 %- 1 0 %，仅极少量经乳汁、唾液、头 指甲和泪液排出。 氟的生理作用 防龋作用:氟防龋主要作用机理:一是氟在牙釉质中取代轻磷灰石中的经 览1.2.(1 基， 形成不易溶于酸的氟磷灰石， 牙釉就不易被侵蚀造成龋齿; 二是在口 腔弱酸 性环境中有利于经基磷灰石结晶良 好， 局部涂抹氟化物可以防龋; 三是氟化物可 以 和细菌蛋白 结合抑制糖酵解， 抑制细菌产酸， 降低牙釉溶解度。 流行病学调查 结果， 饮水含氟l m g / l 时， 对牙齿健康有益， 用氛 溶液和氟牙膏可以同时作用于 牙齿硬组织、 菌斑以 及致龋微生物，能 有效防治龋齿(z7 ( 2 ) 参与骨骼代谢: 适量的氟能维持机体正常的钙磷代谢， 有助于钙、 磷形成轻 磷 灰 石 从 而 增强 骨 骼的 强度f33 。 流 行 病学 研究 发 现， 低 氟 地区 居民 的 骨 密 度降 低 及骨质疏松现象明显比高氟地区多。 氟化物已 成为目 前仅有的能广泛应用于临床 骨质疏松症治疗的促骨形成药物(9 ( 3 ) 促进机体的生长发育: 微量氟有促进儿童发育的倾向。动物实验表明 缺氟 饲料可使大鼠 生长发育迟缓， 在食物中 添加适量的氟后，生长率显著增加。 ( 4 )氟还有改善机体免疫反应性以 及其他生理功能。 1 . 3 氟中毒 目 前，国际上尚 无每人每日 安全摄氟量的统一标准，一般认为， 摄入量以 成人 3 - 4 m g l d 为 宜。 我国 卫 生 部 食品 氟允 许 量制 定 协作 组 于1 9 8 1 年规定， 每 人 每 天 报 取 氟数鱼以3 . 5 m g 为安全限量。 我国居民每日 膳食中 氟的 供给量一般为0 . 5 - 1 .5 m g , 其他氟量主要通过饮水 ( 包括饮茶) 摄取。 长期摄入过量的氟 ( 一般认为每天摄入6 m g以 上) 会导致慢性氟中 毒， 在一 些干早 或降 水较少的 地区，由 于 环 境中 氟 含童 较 高或饮食习惯， 造成每天的氟摄入量超过安全范围， 造成地方性氟中 毒，即 氟斑牙 和氟骨病5 . ” ， ，表现为: 氟斑牙:是慢性氟中毒最早出现和最明显的体征，氟化物主要损害发育中的牙 釉质，影响牙齿的正常矿化，使牙齿失去表面光泽，出 现斑点，如有色素沉着则引 起釉面着色 氟骨症 严重时牙齿脱落。 氟骨症的主要表现为腰腿痛、关节僵硬、 骨骼变形， 甚至瘫痪残废。 z 氟化物的应用 ( 1 ) 化工产品:由 于氟原子半径小， 又具有较大的电负性，它所形成的c - f 键 能要比 c - h 键能强得多，显著地增加了 有机氟化物的稳定性，因而有机氛化物 有优异的耐热性、 耐氧化和耐药品性以及耐水性、 耐站污性， 广泛用于树脂、 橡 胶、 染料、 表面活性剂 等材料中 7 ， ， 如聚四 氟乙 烯是仪 食品、 医 药、 化工 领域 应 用最广泛的而腐蚀材料。 ( 2 )医学领域的应用:目 前含氟药物已有数百种，在医药界占 有重要的位置。 如抗菌药诺氟沙星、 培氟沙星、 氟康哇等; 抗寄生虫药甲 氟唆等; 麻醉药的恩氟 烷、 氟烷等;中枢神经系统药物的氟比洛芬、 氟芬那酸等; 抗肿瘤药物氟尿呛q 等ibl ( 3 )在农业上的应用:氟原子和含氟基团代替芳香环上的其他基团后，能提高 农 药 活 性， 近十 年 来含 氟 农药 得到 迅 速发 展， 已 占 世 界 上 1 3 0 0 多 种 农药的 1 2 % . 3 茶叶中氟的研究现状 3 . 1 茶叶含氟特征 ( 1 ) 茶树不同时期不同叶位， 氟含 量差异 很大: 沙济琴 等洲对 福建 三个 茶区的 主要茶树品种鲜叶中的氟含盘研究表明， 茶树叶片尤其是老叶片是氟的主要积累 器官， 整株叶片的氟积累量占 全株氟积累 量的9 8 . 1 % ， 含氟量最低的 是侧根、 主 根 及 茎 干。 高 绪 萍n 7 发 现茶 树 嫩叶( 一 芽 二 叶) 氟 富 集 量 达到4 2 . 5 - 2 4 0 m g / k g , 同一枝条老叶则高达8 2 0 - 1 5 7 5 m g / k g 。 一般来说， 茶树嫩叶平均含氟量为1 0 0 - 2 0 0 u g / g ， 成熟叶 为4 0 0 a g / g ， 老叶 超过1 0 0 0官g 0 l ， 老叶 与 嫩叶 之 间 的 差 异 可 达 1 2 - 3 6 倍， 梗茎含量较低， 新萌发的一芽二叶新梢含量很低，甚至测不出， 但再 生长2 0 天后， 其嫩叶中的 氟含量就达到2 4 9 m g / k g 。 刘超 14 7 对浙江同 一 产地、 同一等级不同 季节的茶叶含氟量测定 表明，春茶最高， 夏秋茶次之。 另外， 茶叶 氟分布的不均匀性在叶片中也很明显， 其含量由 基部向叶尖部逐渐增加， 同时叶 中轴含量最低，向 边缘逐渐增加侧。 ( 2 ) 茶树不同品 种氟含量存在一定差异， 但不显著:白 学信 73 通过研究云南大 叶种、 福建小叶种和四川本地种含氟里的 研究， 认为品种间含氟量存在一定差异， 但不明显， 其影响也是次要的， 其顺序为: 云南大叶种， 福建小叶种， 四川本地种. 黎南华叫分析认为大叶种茶树品种由 于叶 大而薄、 叶质柔软、 海绵组织发达、 细 胞排列疏松而易于吸收大气中的氟，造成氟含量较高. ( 3 )由不同原料加工而成的不同茶类其含氟量是不同的:优质茶的原料一般比 较鲜嫩， 其含氟量较低， 而获砖茶等紧加压茶类由于采用的是粗老原料， 生长期 长， 含氟量较高，大部分在3 0 0 m g / k g 以 上， 中 档普通茶氟含量介于二者之间， 但不同 茶类中 档茶含氟量不完全一 样 15 . 16 1 。 马 立 锋17 1 等 测定了2 0 0 0 - 2 0 0 1 年我国 主要产茶省份的2 6 2 家单位的绿茶、 红茶、 乌龙茶、 花茶和黑茶共5 7 7 只茶样的 水 溶 性 氟的 含量， 结 果 表明 ， 绿茶 含氛 量 最 低， 平 均 含量 为6 7 . 5 3 士 6 9 . 4 9 a g / g ; 黑茶最高， 平均含量是 2 9 6 . 2 4 1 2 4 6 . 0 7 n g / g 。红茶类、 乌龙茶类及花茶类含量 居中， 分别为1 7 7 . 0 1 士1 2 1 . 4 9 f lg / g , 1 6 7 . 6 8 土1 1 2 . 2 8 p g / g、 1 4 0 . 9 7 士1 5 0 . 5 1 w g / g 。 周 敬思 16 统 计了 我国 南 方1 3 省 所产 的 绿 茶、 花茶、 红 茶 样品1 3 5 9 份， 氟 含量的 变化范围 是2 . 1 - 6 3 6 . 4 m g / k g . 3 . 2 茶树富氟机理研究 ( 1 ) 茶树富 集氟的 形态: 氟很容易 对 植物造成危害， 对氟敏感的 植物更是如 此 ( 1s -2 1) 。 许多植物从土壤中吸收的氟在根系中积累起来， 地上部尤其是嫩叶中 含量 很低， 一般只有0 . 5 - 2 5魄/ g ， 超过5 0 il g / g 就会造成伤害。 过高的氟化物进入 植物体内，可以损伤细胞膜，破坏叶绿体结构，影响代谢过程中多种酶的活性， 造成提早落叶、 衰老甚至死亡。 茶树同 样会受到氟的危害， 方兴汉2 2 1 的 研究表明， 在完全培养液中加入 0 . 5 - 1 . 0 il g / g 的氟，3 个月后就会出现叶色变黄、根系、 顶芽生长受阻的 症状，当浓度为4 - 5 g g / g 时，症状加重， 约2 个月 后， 茶树嫩 梢焦枯， 老叶脱落， 仅剩光枝， 根系发黑而死。 但这种过量症状很少在茶园中发 生， 许多 研究认为其原因在于: 在茶园的酸性土壤中， 大量的氟离子与 铝离子结 合 形 成 a l f 4 . a l f , 等 络合 形式 4 3消 除了 氟离 子 本 身的 毒 性。 同 时 ， 尽 管 茶 树不同 部位含氟量差异很大， 但氟铝比 值却十分接近， 因 而人们推测氛是通过氟 铝络合离子的形式被茶树所吸收及在体内运输，并最后以同样的形式在体内 积 累， 因 而使茶 树免受氛离子的伤害阁。 ( 2 ) 茶树富集土壤中氛的规律: 谢忠雷12 5 1 通过对不同 茶园中茶叶的氟含量、 土 壤主要理化性质和土壤水溶性氟含量的调查， 结果表明， 茶叶氟含盆与土壤水溶 性氟呈显著相关。 水溶性氛与土壤有机质呈现极显著负相关， 与交换性铝、 锰呈 极显著负相关，与交换钾、 钙、 镁、 有效态磷呈极显著正相关， 与交换性钠呈显 著 正相 关。 谢举华y 6 观察到 增施磷肥使茶叶 氟含量随 着施 肥量的 增加而 上升。 在 较低的p h 值下， 土壤中 a 1 3 + 与氟形成 a l f 尸、 a l f a 吸 a l f 3 , a l - f 络合物的稳 定 性随 着p h 值下降而 增强， f 的 释放也主要来 源于络 合物,4 . 4 6 。 另 外， 高山 地 区的氟向低丘地区迁移， 使低丘地区氟污染偏重， 可能是造成高山茶含氟量比 低 山 丘地区的茶叶低的原因2 2 1 ( 3 ) 茶树富集大气中氟的规律: 在正常情况下， 茶树一般通过根从土壤中 摄取 氟， 但当 大气中的氟含量过高时， 茶树可通过叶片吸收氟化氢， 造成鲜叶中的氟 大大高于良 好生态环境条件下的茶鲜叶3 0 。高绪评3 1 对苏南 1 1 个茶场茶树含氟 量的研究也表明， 茶叶氟富集量与大气氟污染呈显著正相关，萤矿石、 水泥厂、 砖瓦厂附 近茶园茶叶氟含量高于一般茶园茶叶。 张志新3 2 等抽查了1 7 份不同产 地的茶样， 检测发现沿海地区的茶叶氟含量相对高于内 陆茶。 黎南华叫的 研究也 4 认为 大气中的氟 化物随 气孔进入 茶树体内 ， 顺 着导管向 叶 尖和叶 缘部分 移动 逐渐 积累， 并与叶片组织内的钙质发生反应生成难溶的氟化物， 沉积于局部。 3 . 3 茶叶中氟的检测方法的研究 植物中的氟以两种形式存在: 有机氟和无机氟。 有机氟中的氟元素以 共价键 结合于有机分子内，不能扩散和吸收，不能被放射性同 位素3 f 所置换，无机氛 又有离子氟和非离子氟两种形态。 非离子形式的氟可通过样品预处理转化为离子 态氟后进行测定。 目 前植物中测定总氟常用的 预处理方法有碱熔灰化法、 酸解浸提法、 酸解扩 散法、 碱熔蒸馏法、 氧瓶燃烧法、高温燃烧水解法等。由于饮茶的特点， 人们更 多的是检测茶叶中水溶性氟的含量。 ( 1 ) 离子选择电极法: 其原理是将氟电极与甘汞电极组成的电极对浸入样液中， 样液中游离态氟离子与氟电极上的氟化钥单晶膜表面上的氟离子产生选择性的 电化学反应， 从而改变两相界面上的电 荷分布使氟化钥单晶膜的内外两面上产生 电 位差并从离子计测定该电 位值。 因电 位值随试液中 氟离子浓度的对数改变而改 变的规律符合 n e rn s t 方程式，因此可通过测定电位值而算出试液中的氟离子浓 度。 用氟电极测定时，存在二个较大影响因素，一是p h 值，其干扰程度与待测 液中的氟化物浓度有关，氟含量越低， p h值影响越大。二是茶水中存在干扰离 子， 影响茶水中氟测定的主要干扰离子是较大浓度的a 1 3- 和较小浓度的f e , c a , m g 3. 33 。 一般通过加入总离子强 度调节 剂 ( t i s a b ) 保持溶液的 总离子强 度和 州 值并络合干扰离子。 在实际分析中， t i s a b 组成和配比 差异比 较大。孙卫萍i3 , 沙济琴3 5 以 柠檬酸 一 柠檬酸 钠总离子强 度缓冲液替代 传统的 柠檬酸 钠一 盐酸 或 冰 乙 酸) ;李吉学3 8 的t i s a b 组成是硝酸钠、 冰醋酸、醋酸钠、柠棣酸钠。 罗 淑华 i3 7 的t i s a b 组成为乙酸钠和柠檬酸钠;陈一虎3e 、于光前 t i s a b 是由 冰乙 酸、 氛 化钠、 柠檬酸 钠组 成; 刘 超的t 工 s a b 只 有 柠 檬酸 钠l14 离子选择电 极法具有操作简便、 设备简单、 精密度较高 等特点， 在实践中 被 广泛应用。 由 于氟离子的能斯特响应是非线性的， 同时电极对氢氧根离子的敏感 性、 氟化钥晶体的溶解性和晶体表现的吸附性等因素造成电位漂移， 在一定程度 上影响测定结果。 5 ( 2 ) 分光光度法: 其原理是氟离子在p h 4 . i 的乙 酸盐缓冲介质中，与茜素络合 酮 和 硝 酸 锢反 应， 生成 蓝 色三元 络合 物， 颜 色的 强度与 氟离 子浓 度 成正比 ， 在 6 2 0 n m 处测定氟化物。同时，向 试液中 加入适量的丙酮， 可防止显色络合物的 沉 淀 和 有 利于吸 光度的 稳定。 宋元 林40 用阻 抑 催化 光 度法 侧定 茶叶 中 的 微 量 氟 化 物， 其原理是在氨基乙 酸h c l 缓冲溶液中， f e 对h 2 0 2 氧化2 , 4 一 二氨基苯酚( d a p ) 褪色具有催化作用， 游离f 离子与f e 形成的 稳定络离子 f e f 一 可抑制褪色， 抑制程度与厂 量线性相关。 同时他认为茶叶中 存在的 千扰离子 浓度小 不影响直接 测定。 ( 3 ) 高效液相色谱法:李华斌4 1 等用多 元配合物建立了 茶叶中 氟离 子的h p l c 分析法，通过加入三乙胺使 f 几l a - 茜素氨梭络合剂体系更稳定。色谱条件为: c ,。 柱，甲 醇一 水 ( 1 8 : 8 2 ) 作流动相， 流速1 m l / m i n ， 检测波长5 6 6 n m 。 该法的 线性范围是。0 1 0 - 1 . 0 f ig / m l ， 相关系数为0 . 9 9 9 1 , 检出限为1 n g / m l , ( 4 ) 顶空 气相色 谱 法: 黄 薇42 等用 顶空 气 相 法 测定 茶叶 的 氟 含 量， 其原 理 是 在 酸性条件下， 茶叶中的氟与硅烷化试剂反应生成挥发性的三甲 基氮硅烷， 在气液 两相达到动态平衡， 抽取顶空气进入气相色谱仪测定， 以 保留时间定性， 峰高定 量。 色谱条件是: 2 m x 3 m m 不锈钢柱，内 填3 0 哪 可 匹 松l / 6 2 0 1 ( 6 0 - 8 0 目) ; 柱 温9 0， 检测室温度1 5 0， 汽化室温度1 5 0， 载气 ( n 2 ) 4 5 m l 加i n ; f i d 检测器。 3 . 4 茶叶中氟的浸出 规律 3 . 4 . 1 提取溶剂对浸提率的影响: 刘 超等叫以 灰化法处 理作 为总氟 量， 测定不同 产地、 不同品 种、 不同 茶 类、 不同等级的水溶性氟的比例， 其结果浸出率均在9 2 % 以 上， 并与酸碱浸提及高抓 酸浸提含氟量进行比较， 发现用沸水冲泡较后二者更接近茶叶总氟量。 北京医科 大学的 王勤4 3 ) 通过对比自 来水和去离子水 浸提的 氟含量， 发现前者的 氟含量下 降， 因而认为用去离子水浸提更为合适iv 。 徐建锋4 3 1 采用水浸提与酸浸提进行了 对比 ， 测得水浸提的氟为酸浸提法的 7 7 . 0 % - 1 1 9 . 8 % , 氟含量越高， 水浸提所测结 果一般较酸浸提低， 而氟含量较低者， 一般则反之。 3 . 4 . 2浸泡时间及温度对浸出 率的影响: 浸泡时间和浸提温度对浸出效率都有影响。 j . r . s m i d 14 4 1 研究表明 沸水冲泡5 6 m i 。 大 部分氟已 溶出 。 n . m . k i n g 冲 泡1 0 种 茶叶， 开 水 浸 泡2 0 m i n 所 浸 氟 量占 浸 泡2 4 h 量的5 5 . 3 - 9 7 . 7 % n k . f . f u n g (e 1研究认 为， 浸 提3 0 m i n 大 部 分 氟已 经 浸出， 但不同 茶 类 浸出 速 率 有 差异。 王 连 方叫 认为， 优质 茶 含氟 量 低， 但 易 于 浸 出， 砖茶含氟 量高， 但浸出 速率相对较低。 沙济琴(4 9 ) 研究显示， 经冲2 m i n 至6 m i n的茶汤中氟浸出量随冲泡时间的增加而增加，而在 1 - 2 4 h 期间氟的增加量 缓慢， 并且茶汤中 氟浸出 量与茶叶冲泡时间 呈显著的对数关系。 马立锋u ri 认为 茶 叶中氟的浸出率与冲泡时间和水温有关， 浸出 率随冲泡时间的延长和冲泡水温的 增加而增加，一般在4 5 m i n 和9 0左右趋于稳定。 4 本研究的目的与意义 目 前茶叶中氟的检测方法多采用氟离子选择电极法，该法由于操作简单，线 性范围 广， 受到广泛应用。 但该方法受氟离子选择电 极本身的 性能影响很大， 而且 平衡电 位受环境温度影响较大，需时常进行校正，不适应实验室进行长期、大量 的检测工作。而茜素氨梭络合剂分光光度法在测定较清洁水体中氟含量时应用较 多， 它不受环境温度影响 在4 - 3 0 之间都保持稳定) ， 重现性好。 然而由 于茶 汤有一定的色泽， 对吸光度值有一定干扰，直接运用，检测误差很大。本研究通 过控制样品含量来消除茶水色泽的影响从而建立茶叶中氟检测的分光光度法。该 法不仅操作简便、快速，稳定，可同时检测大量样品，而且所需仪器常见，更具 适用性。 茶叶防龋齿具有其独特性， 一方面茶叶中特别是粗老茶叶中含氟量很高。 在 中国古 代， 人们就发现饮茶能固齿， 如苏 轼在中就记录了自 身用茶 水漱口防龋的作法。 日 本在2 0 世纪6 0 年代开始在幼儿园、 小学开始试行饮用茶 水， 在龋齿预防上取得很好的效果。 现代科学实验也表明， 喝茶或用茶水漱口 后， 不但体内的氟含量增加， 而且口腔唾液和牙齿的菌斑中有氟残留， 能预防蛀牙的 发生(4 8 , 49 ，另一方面， 茶叶中的主要成分茶多酚也有抗龋齿菌的作用。 因此， 研 制高氟茶叶提取物并将其应用到日 化、保健品等产品中，具有良 好的应用前景。 我国茶园面积居世界第一位， 茶叶是我国重要的出口 农业产品， 但它目 前面 临严峻形式: 一方面传统竞争优势逐渐被斯里兰卡、 肯尼亚、 印度等国 取代， 每 年都有大量的茶叶特别是中低档茶滞销积压， 造成资源浪费和效益低下; 另一方 面茶叶深加工产品未能形成产业化和规模化， 茶叶制品附加值小。 因此， 利 用茶 叶深度开发技术，以 严重滞销的中低档茶为原料， 加工成茶叶提取物系列产品， 再开发成功能性食品、 保健品、 天然药物、日 化用品 等健康产品， 不但可以 有效 解决中 低档茶销路， 而且能使茶叶制品的附加值大幅提高。 因此， 研制高氟茶叶 提取物也是茶叶产业发展的新的方向 查阅相关文献，目前尚未发现有茶叶中氟的分离、富集技术的研究报导。 因 此， 本研究首先建立适合工业化提取茶叶中氟的工艺条件， 并在此基础上采用离 子交换树脂法和醇沉淀法对其进行分离富集， 建立一套高效、 低耗、 安全的茶叶 中氛的分离富集工艺，为高氟茶叶资源的合理开发利用提供技术支撑。 吕 第二章 茶叶氟含量检测方法研究 氟的 检测方法有离子选择电 极法、 分光 光度法、 硝酸 牡滴定 法、 离子色 谱 法、 气相色谱法等。离子色谱法仪器昂贵; 滴定法手续繁杂，测定准确度和精密度不 高; 气相色谱法需要对分析物进行衍生。目 前茶叶中氟的检测多采用氟离子选择 电 极法， 该法由 于操作简单， 线性范围 广，受到广泛应用。 但由 于该法受氟离子 选择电 极本身的性能影响很大， 且平衡电位受环境温度影响较大， 需时常 进行校 正， 不适应实验室进行长期、 大量的检测工作。 而茜素氨狡络合剂分光光度法不 受环境温度影响 ( 在4 -3 0 之间都保持稳定)且重现性能好，如果使用得当， 较氟电极法更快速简便。 茜素氨狡络合剂分光光度法在测定较清洁水体 ( 或经蒸馏处理)中氟含量时 应用较多，然而由于茶汤有一定的色泽，对吸光度值有一定影响， 直接运用，检 测结果误差很大。本研究通过控制样品含量来消除茶水色泽的影响从而建立茶叶 中氟检测的分光光度法。作了精密度、重现性、稳定性、加标回收率等方面的实 验，并与氟离子选择电极法做了对照检测，获得了良好的结果。该法不仅操作简 便、快速，稳定，可同时检测大量样品，而且所需仪器常见，更具适用性。 1侧定方法 原 理: 氟离子 p h 4 . 1 的乙 酸盐缓冲介 质中，与 氟试剂和硝酸 铡反 应， 生成 蓝 色三元络合物， 颜色的强度与氟离子浓度成正比， 在6 2 0 m n 波长处定量测定氟化 物。 1 . 1实验材料 茶叶原料:由 湖南金农生物资源股份有限公司提供的黑毛茶原料， 粉碎过2 0 目 筛。1 0 5 0c 烘千3 h ，备用。 主要试剂:茜素氨狡络合剂硝酸悯 冰醋酸 盐酸 丙酮 乙 酸钠 浓硫酸 硝酸镁 氢氧化钠 ( 均为分析纯) 氟化钠标准物 ( 纯度9 9 .9 9 %) 1 . 2 实验仪器 恒温水浴锅 ( 北京国华医疗器械厂) 瑞士s t a r t o ri u s 精密电子天平 l j v 2 5 5 0 型紫外分光光度计 j厦温烘箱 ( 上海亚明) 瑞士e l - 1 3 1 b u c h i 旋转蒸发仪 循环水式多用真空泵 ( 河南巩义英峪予华仪器厂) 3 2 0 p h计 ( 德国) 1 . 3溶液的配制 ( 1 ) 氟化物标准贮备液: 称取0 .2 2 1 0 g 基准氟化钠( n a f ) ， 用水溶解后转入1 0 0 0 ml 容量瓶中， 稀释至标线， 摇匀， 贮存在聚乙 烯瓶中。 此溶液每毫升含氟离子1 0 0 u g o ( 2 ) 氟化物标准溶液: 用吸管吸取氟化物标准贮备液1 .0 0 m l ， 注入1 0 0 m l 容量 瓶中， 稀释至标线，摇匀。 此溶液每毫升含氟离子1 .0 u g o ( 3 ) 0 .0 0 1 m o l/ l 氟试剂溶液: 称取0 . 1 9 3 0 g 氟试剂，加5 m l 水湿润， 滴加1 m o l/ l n a o h ， 用l m o l/ l 盐酸调节 p h 至 5 .0 ， 用水稀释至5 0 0 m l . 贮于棕色瓶中。 ( 4 ) 0 .0 0 1 m o u l 硝酸悯溶液: 称取0 .4 4 3 g 硝酸铺， 用少 量1 m o u l 盐酸