茶叶中咖啡因含量的测定毕业作品.docx

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茶叶中咖啡因含量的测定毕业作品

茶叶中咖啡因含量的测定

专业：

应用化学

摘要：

目的：

测定不同品种茶叶中咖啡因的含量，为人们根据需求合理饮茶提供依据。

方法：

采用无水乙醇为溶剂，用索氏提取法得到咖啡因提取液，再应用紫外分光光度法对普通绿茶、毛尖、铁观音、银霜、立顿红茶、白茶6种茶叶中的咖啡因含量进行了测定分析。

结果：

结果表明普通绿茶中咖啡因含量为3.61%；毛尖中咖啡因含量为3.71%；铁观音中咖啡因含量为1.68%；银霜中咖啡因含量为3.27%；立顿红茶中咖啡因含量为2.36%；白茶中咖啡因含量为2.08%。

结论：

紫外分光光度法具有简便、快速，检出限低，灵敏度高等优点。

关键词：

茶叶；咖啡因；测定；紫外分光光度法

DeterminationofCaffeineinTea

Abstract：

Objective:

Determinationofthedifferentvarietiesofteacaffeinecontent.Provideareasonablebasisforpeopletodrinkteaaccordingtotheirrequirement.Method:

Usingethanolassolvent,withSoxhletextractiongetcaffeineextract,andbyultravioletspectrophotometrytodetermineandanalyzeordinarygreentea,MaoJian,TieGuanYin,YinShuang,Liptontea,whitetea6kindsofcaffeineintea.Results:

Theresultsshowthattheordinarygreenteacaffeinecaffeinecontentof3.61%;MaoJiancaffeinecontentof3.71%;Tieguanyincaffeinecontentof1.68%;YinShuangcaffeinecontentof3.27%;Liptonblackteacaffeinecontentof2.36%;whiteteacaffeinecontentof2.08%.Conclusion:

Ultravioletspectrophotometryissimple,rapid,lowdetectionlimitandsensitivity.

Keywords:

tea;caffeine;determination;ultravioletspectrophotometry

2.1实验原理…………………………………………………………………………………3

致谢…………………………………………………………………………………10

1引言

1.1概述

中国是茶的故乡，茶起源于中国，传播于世界。

在我国茶作为保健饮品已有四、五千年的历史，茶从起初传入东亚地区到后来传入西方各国，逐渐成为世界性饮料，日益受到人们的欢迎。

不论是发达国家还是发展中国家，近年来茶叶消费量都在不断增加。

作为一种天然产物，茶叶产地众多，而且加工又各有差异，使得茶叶的质量评价始终难以统一，目前主要以色、香、味等主观的感觉为指标进行评判。

而用这些方面来评定茶叶质量的优劣，通常采用看、闻、摸、品进行鉴别。

即看外形、色泽，闻香气，摸身骨，开汤品评。

茶叶色泽与原料嫩度、加工技术、茶树的产地以及季节都有密切关系。

茶的历史悠久并且被广泛接受，不仅是因为茶具有解渴之功效，更重要的是因为茶叶具有多种医疗保健功能。

茶叶具有抗癌、抗氧化、降血脂、抗动脉粥样硬化、抗血栓、抗艾滋病病毒等多种药理作用[1]。

茶不仅有健身、治病之药物疗效，又富欣赏情趣，可陶冶情操。

中国茶类根据加工方法和品质特征划分为绿茶、黑茶、黄茶、红茶、青茶（乌龙茶）和白茶六大类。

根据季节分类又可分为春茶、夏茶、秋茶和冬茶。

研究表明：

茶叶中含有机化合物450多种，无机矿物质15种以上以及人体必需的营养成分和药用成分。

茶汤中阳离子含量较多而阴离子较少，属于碱性食品，可帮助体液维持碱性，保持健康。

从性质上讲，茶叶中有效成分大致可分为酚性物、嘌呤碱、多糖体、维生素和茶色素，其中以茶多酚、咖啡碱以及茶多糖在茶叶中的含量较多，所起的作用相对较大，一般被认为是茶叶中的主要活性成分，截至目前对它们的研究也最为深入和广泛。

1.2茶叶中咖啡因的性质、药理功效及危害

咖啡因（又称咖啡碱）是茶叶中含量最高的生物碱，在茶叶中所占质量分数为1%-5%[2]。

咖啡因具有兴奋中枢神经、提神、恢复疲劳、强心活血、提高循环系统功能的作用。

它还具有促进机体代谢，消毒灭菌，增强机体对疾病的抵御力，解热镇痛，提高记忆力，影响细胞周期、DNA，抗氧化，抗癌变，消除羟自由基等诸多作用。

它对中枢兴奋作用较强，小剂量可以增强大脑皮层兴奋过程，振奋精神，减少疲劳；剂量增大可兴奋大脑呼吸中枢及血管运动中枢，特别当这些中枢处于抑制状态时，作用更为显著，主要用于解救因急性感染中毒、催眠药、麻醉药、镇痛药中毒引起的呼吸、循环衰竭；其次是与溴化物合用，使大脑皮层的兴奋、抑制过程恢复平衡，用于神经官能症；还有就是与乙酰水杨酸制成复方制剂用于一般性头痛，与麦角胺合用治疗偏头痛。

此外，咖啡碱对大肠杆菌、肺炎菌、流行性霍乱和痢疾原菌都有抑制作用；在减肥产品中可作为麻黄素的代用品[3]。

咖啡因为弱碱性化合物，无色针状白色晶体，无臭，具有强烈苦味，熔点238℃，升华温度178℃，易溶于水、乙醇、丙酮及氯仿等有机溶剂，微溶于石油醚，难溶于苯和乙醚。

咖啡因的化学名称为1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤，其化学结构为：

适度地使用咖啡因有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。

但是，大剂量或长期使用也会对人体造成损害，特别是它也有成瘾性，一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状。

咖啡因上瘾的症状包含了通常的头痛，易怒，失眠，虚弱，压抑，表现不佳，注意力不集中以及“反应灵敏紊乱”。

虽然其成瘾性较弱，戒断症状也不十分严重，但由于药物的耐受性而导致用药量不断增加时，咖啡因就不仅作用于大脑皮层，还能直接兴奋延髓，引起阵发性惊厥和骨骼震颤，损害肝、胃、肾等重要内脏器官，诱发呼吸道炎症、妇女乳腺瘤等疾病，甚至导致吸食者下一代智能低下，肢体畸形。

一般成年人每天大约消耗200mg的咖啡因，多则无益[4]。

因此，研究茶叶中咖啡因的含量是非常必要且具有很重要的意义的。

对茶叶中含有的咖啡因进行测定，有助于我们对茶叶有更好的认识，引导人们正确合理饮茶。

咖啡因是茶叶中含氮最高的有机化合物，具有舒张血管，兴奋神经中枢、促进血液循环、预防高血压、心肌梗塞等药理和生理作用，是医用咖啡因的重要来源。

因为在各类植物中含量比较少，提取较困难，一直是一种紧俏的医药原料。

其制备方法有人工合成和从天然作物中提取等。

目前，从茶叶中提取天然咖啡因的方法按其化学过程可归纳为“溶剂萃取法”和“升华法”两大类[5,6]。

咖啡因的定量方法有多种，主要有碘量法、重量法、定氮法、比色法、层析法、紫外分光光度法[7]、近红外分析法[8]、高效液相色谱法[9,10]、气相色谱法等[11]。

紫外分光光度法利用咖啡碱能吸收紫外光的性质进行测定，目前被确立为茶叶咖啡因总量测定的国家标准（GB8312-87）。

本实验采用紫外分光光度法对不同茶叶样品采取相同的处理方法测定咖啡因的含量。

利用咖啡因结构上的嘌呤环具有共轭双键体系，在272-280nm具有最大吸收值，其吸光度与咖啡因含量呈线性关系，从而得以测定其含量。

该方法具有操作简便、省时快速、准确度高、灵敏度高、成本低等特点，具有推广价值。

1.3紫外分光光度法

1852年，比尔（Beer）参考了布给尔（Bouguer）1729年和朗伯（Lambert）在1760年所发表的文章，提出了分光光度的基本定律，即液层厚度相等时，颜色的强度与呈色溶液的浓度成比例，从而奠定了分光光度法的理论基础，这就是著名的比尔朗伯定律。

1854年，杜包斯克（Duboscq）和奈斯勒（Nessler）等人将此理论应用于定量分析化学领域，并且设计了第一台比色计。

到1918年，美国国家标准局制成了第一台紫外可见分光光度计。

紫外可见分光光度法从问世以来，在应用方面有了很大的发展，尤其是在相关学科发展的基础上，促使分光光度计仪器的不断创新，功能更加齐全，使得光度法的应用更拓宽了范围。

紫外-可见分光光度法是根据物质分子对波长为200-760nm这一范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。

这种方法具有操作简单、准确度高、重现性好的特点。

描述物质分子对辐射吸收的程度随波长而变的函数关系曲线，称为吸收光谱或吸收曲线。

紫外-可见吸收光谱通常由一个或几个宽吸收谱带组成。

最大吸收波长（λmax）表示物质对辐射的特征吸收或选择吸收，它与分子中外层电子或价电子的结构（或成键、非键和反键电子）有关。

朗伯-比尔定律是分光光度法和比色法的基础。

这个定律表示：

当一束具有I0强度的单色辐射照射到吸收层厚度为b，浓度为c的吸光物质时，辐射能的吸收依赖于该物质的浓度与吸收层的厚度。

其数学表达式为：

A=-lg（I/I0）=-lgT=εcb。

式中的A叫做吸光度，I0为入射辐射强度，I为透过吸收层的辐射强度，（I/I0）称为透射率T，ε是一个常数，叫做摩尔吸光系数，ε值愈大，分光光度法测定的灵敏度愈高。

紫外-可见分光光度计由5个部件组成：

①辐射源。

必须具有稳定的、有足够输出功率的、能提供仪器使用波段的连续光谱，如钨灯、卤钨灯（波长范围350-2500nm），氘灯或氢灯（180-460nm），或可调谐染料激光光源等。

②单色器。

它由入射、出射狭缝、透镜系统和色散元件（棱镜或光栅）组成，是用以产生高纯度单色光束的装置，其功能包括将光源产生的复合光分解为单色光和分出所需的单色光束。

③试样容器，又称吸收池。

供盛放试液进行吸光度测量之用，分为石英池和玻璃池两种，前者适用于紫外到可见区，后者只适用于可见区。

容器的光程一般为0.5～10厘米。

④检测器，又称光电转换器。

常用的有光电管或光电倍增管，后者较前者更灵敏，特别适用于检测较弱的辐射。

近年来还使用光导摄像管或光电二极管矩阵作检测器，具有快速扫描的特点。

⑤显示装置。

这部分装置发展较快。

较高级的光度计，常备有微处理机、荧光屏显示和记录仪等，可将图谱、数据和操作条件都显示出来。

仪器类型则有：

单波长单光束直读式分光光度计，单波长双光束自动记录式分光光度计和双波长双光束分光光度计。

紫外-可见分光光度法应用范围包括：

①定量分析，广泛用于各种物料中微量、超微量和常量的无机和有机物质的测定。

②定性和结构分析，紫外吸收光谱还可用于推断空间阻碍效应、氢键的强度、互变异构、几何异构现象等。

③反应动力学研究，即研究反应物浓度随时间而变化的函数关系，测定反应速度和反应级数，探讨反应机理。

④研究溶液平衡，如测定络合物的组成，稳定常数、酸碱离解常数等。

2实验部分

2.1实验原理

茶叶中含有多种生物碱，其主要成分为咖啡因，并含有少量的茶碱和可可豆碱，以及单宁酸、色素、纤维素和蛋白质等。

纯品咖啡因为白色针状结晶，味苦，置于空气中具有风化性。

易溶于水、乙醇、丙酮及氯仿等有机溶剂。

它是弱碱性物质，水溶液对石蕊试纸呈中性反应。

咖啡因在100℃是失去结晶水并开始升华，178℃时很快升华。

无水咖啡因的熔点为238℃。

咖啡因的提取方法主要有溶剂法、升华法、吸附法和超临界二氧化碳提取法（简称SFE法）四类。

近年来也有人提出改进的方法，利用微波法提取咖啡因并取得了成功[12,13]，为茶叶中咖啡因的提取又开辟了新途径。

考虑到实验