Total reflection X-ray fluorescence analysis of trace elements in black teas and herbal infusions

Abstract

Das Ziel dieser Studie war die Bestimmung der elementaren Zusammensetzung (und insbesondere auch des Gehalts an Spurenelemente) von verschiedenen Schwarz- und Kräutertees, welche zur medizinische Behandlung angesetzt werden, mittels Totalreflexion-Röntgenfluoreszenzanalyse (TXRF). Die TXRF ist eine energiedispersive Röntgenfluoreszenzmethode welche sich vorallen durch ihre einfache Probenvorbereitung, speziell für Lösungen, durch einfache Quantifizierungen und verglichen mit Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) durch höhere Messempfindlichkeit auszeichnet. Die Analysen wurden mit einem Atomika 8030C Spektrometer durchgeführt, das mit einer Mo-W Röntgenröhre ausgerüstet war. Dabei wurde jedoch lediglich die Mo Strahlung zur Anregung verwendet. Die Messungen wurden unter Standardbedingungen durchgeführt; Heliumspüllung war nicht aktiviert. Da es nur wenig Forschung über die Zusammensetzung von Spurenelementen in Kräutertees gibt, sind auch nur wenige Informationen über Proben-Vorbereitungen vorhanden. Daher wurde eine Methode zur Probenvorbereitung entwickelt und Daten von 29 Proben gesammelt. Nach den Messungen wurden 13 Default-Elemente und vier gelegentliche Elemente festgestellt. Verschiedene Datenauswertungen, einschließlich statistischer Analysen, wurden auf der Grundlage von Unterschieden zwischen gemessenen Proben verwendet. Basierend auf dem Vergleich zwischen allen Proben für jedes einzelne Element wurden die Unterschiede zwischen schwarzen Tees und Kräuterinfusionen nachgewiesen. Das Ergebnis, dass es möglich ist, mittels spektrometrischer Analyse zwischen Tees und Kräuterinfusionen zu unterscheiden, wurde durch die PCA-Analyse unterstützt. Es war jedoch unmöglich, zwischen verschiedenen pflanzlichen Proben zu unterscheiden. Der Fingerabdruck der jeweiligen pflanzlichen Probe wurde aufgrund des fehlenden Wissens der Herkunft der Pflanzen, des präzisen Vorbereitungsverfahrens vor dem Verkauf und anderer Faktoren, die die Ergebnisse beeinflussen könnten, nicht identifiziert. Nach detaillierten Analysen wurde bewiesen, dass es in den Proben keine Spuren irgendwelcher Schwermetalle gibt (auch in einer wild gesammelten Pfefferminze).

The aim of this study was to determine elemental composition including trace element content in the various herbal solutions and teas, which could be used for medical treatment purposes, by the mean of Total Reflection X-ray Fluorescence Analysis (TXRF). TXRF is an Energy Dispersive X-ray Fluorescence method with a special geometry, which is known and characterized by its easy sample preparation, especially for solutions, simple quantification and increased elemental measurement sensitivity, compared to conventional XRF. Atomika 8030C spectrometer equipped with a Mo-W X-ray tube was used, where only Mo Kα energy was used for excitation. The measurements were conducted under normal conditions, Helium flow was not activated. As there are not many research papers on trace element composition in herbal tea, there is also quite little information on how samples should be prepared. The methodology of sample preparation was developed and the data of 29 samples were collected. After the measurements, 13 default elements and four occasional elements were detected. Different data evaluations, including statistical analysis, were used based on differences between measured samples. Based on comparison between all samples for each separate element, the differences between black teas and herbal infusions were detected. The outcome that it is possible by means of spectrometric analysis to differentiate between teas and herbal infusions was supported by the PCA analysis. It was, however, impossible to distinguish between separate herbal samples. The fingerprint of the particular herbal sample was not identified, due to the lack of knowledge of origin of the plants, precise preparation procedure before selling, and other factors that could influence the results. After detailed analyses it was proved, that there are no traces of any kind of heavy metals in the samples (even in a wildly gathered peppermint).