泡茶的艺术：利用1H核磁共振技术在本科生实验室探究温度对咖啡因释放动力学的影响

《Journal of Chemical Education》：The Art of Steeping a Cup of Tea: Exploring Temperature Effect on Caffeine Release Kinetics Using 1H NMR in Undergraduate Laboratories

该实验设计通过定量氢核磁共振（1H NMR）研究不同温度下茶叶咖啡因释放动力学，验证阿伦尼乌斯方程并测定活化能，结果活化能（22.6±2.5 kJ/mol）与预期吻合。实验强调绿色化学和无溶剂有机分析，同时培养学生数据解析、光谱学及茶饮科学探究能力。

　　

本研究报道了一项本科生实验，该实验利用定量¹H核磁共振（NMR）光谱技术（结合水抑制脉冲序列）探讨了茶叶冲泡过程中咖啡因释放的动力学特性与温度的关系。该实验专为有机化学入门课程设计，强调了在不含有机溶剂的水体系中应用NMR技术进行有机分析的实际意义。学生们将茶叶样品分别在20°C、50°C和100°C下冲泡，并在8分钟内收集不同时间点的茶液样本以测定咖啡因的释放量。实验结果表明，在100°C下咖啡因的释放速率最高，而在20°C和50°C下释放速率较低。虽然茶叶中的咖啡因浓度在冲泡初期有所增加，但在高温条件下冲泡结束时浓度趋于稳定。学生们根据实验数据绘制的阿伦尼乌斯（Arrhenius）图显示，活化能值与作者基准实验得到的22.6 ± 2.5 kJ/mol这一预期值非常接近。这种实验设计有助于巩固化学动力学和定量NMR的关键概念，提供了一种将教科书理论与实际应用相结合的绿色学习方法。同时，这些教学活动也有助于培养学生的数据分析、光谱分析以及绿色化学相关技能。