茶葉中咖啡因含量的測定【畢業(yè)論文】_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  本科畢業(yè)論文</b></p><p><b> ?。?0 屆)</b></p><p>  茶葉中咖啡因含量的測定</p><p><b>  專業(yè):應用化學</b></p><p>  摘 要:目的:測定不同品種茶葉中咖啡因的含量,為人們根據

2、需求合理飲茶提供依據。方法:采用無水乙醇為溶劑,用索氏提取法得到咖啡因提取液,再應用紫外分光光度法對普通綠茶、毛尖、鐵觀音、銀霜、立頓紅茶、白茶6種茶葉中的咖啡因含量進行了測定分析。結果:結果表明普通綠茶中咖啡因含量為3.61%;毛尖中咖啡因含量為3.71%;鐵觀音中咖啡因含量為1.68%;銀霜中咖啡因含量為3.27%;立頓紅茶中咖啡因含量為2.36%;白茶中咖啡因含量為2.08%。結論:紫外分光光度法具有簡便、快速,檢出限低,靈敏度高

3、等優(yōu)點。</p><p>  關鍵詞:茶葉;咖啡因;測定;紫外分光光度法</p><p>  Determination of Caffeine in Tea</p><p>  Abstract:Objective: Determination of the different varieties of tea caffeine content. Provide

4、a reasonable basis for people to drink tea according to their requirement. Method: Using ethanol as solvent, with Soxhlet extraction get caffeine extract, and by ultraviolet spectrophotometry to determine and analyze ord

5、inary green tea, Mao Jian, Tie Guan Yin, Yin Shuang, Lipton tea, white tea 6 kinds of caffeine in tea. Results: The results show that the ordinary green tea caffeine caffeine content of </p><p>  Key words:

6、tea; caffeine; determination; ultraviolet spectrophotometry</p><p><b>  目錄</b></p><p>  1引言…………………………………………………………………………………………1</p><p>  1.1概述…………………………………………………………………………

7、……………1</p><p>  1.2茶葉中咖啡因的性質、藥理功效及危害………………………………………………1</p><p>  1.3紫外分光光度法…………………………………………………………………………2</p><p>  2實驗部分……………………………………………………………………………………3</p><p>  2.1實驗原

8、理…………………………………………………………………………………3</p><p>  2.2儀器與試劑………………………………………………………………………………4</p><p>  2.3實驗裝置圖………………………………………………………………………………4</p><p>  2.4實驗步驟…………………………………………………………………………………5&

9、lt;/p><p>  2.4.1實驗方法探索………………………………………………………………………5</p><p>  2.4.2咖啡因提取液的制備………………………………………………………………5</p><p>  2.4.3標準溶液的制備……………………………………………………………………6</p><p>  2.4.4紫外分光光度計

10、測定標準溶液和茶葉樣品的吸光度……………………………6</p><p>  3結果與分析…………………………………………………………………………………6</p><p>  3.1標準溶液吸光度與濃度關系曲線圖的繪制及得出線性回歸方程……………………6</p><p>  3.2茶葉樣品中咖啡因含量的測定…………………………………………………………7</p&g

11、t;<p>  3.3茶葉樣品中咖啡因含量的比較…………………………………………………………7</p><p>  3.4結論………………………………………………………………………………………8</p><p>  參考文獻………………………………………………………………………………………8</p><p>  致謝………………………………………………

12、…………………………………10</p><p><b>  1引言</b></p><p><b>  1.1概述</b></p><p>  中國是茶的故鄉(xiāng),茶起源于中國,傳播于世界。在我國茶作為保健飲品已有四、五千年的歷史,茶從起初傳入東亞地區(qū)到后來傳入西方各國,逐漸成為世界性飲料,日益受到人們的歡迎。不論是發(fā)達國家還

13、是發(fā)展中國家,近年來茶葉消費量都在不斷增加。作為一種天然產物,茶葉產地眾多,而且加工又各有差異,使得茶葉的質量評價始終難以統(tǒng)一,目前主要以色、香、味等主觀的感覺為指標進行評判。而用這些方面來評定茶葉質量的優(yōu)劣,通常采用看、聞、摸、品進行鑒別。即看外形、色澤,聞香氣,摸身骨,開湯品評。茶葉色澤與原料嫩度、加工技術、茶樹的產地以及季節(jié)都有密切關系。茶的歷史悠久并且被廣泛接受,不僅是因為茶具有解渴之功效,更重要的是因為茶葉具有多種醫(yī)療保健功能

14、。茶葉具有抗癌、抗氧化、降血脂、抗動脈粥樣硬化、抗血栓、抗艾滋病病毒等多種藥理作用[1]。茶不僅有健身、治病之藥物療效,又富欣賞情趣,可陶冶情操。</p><p>  中國茶類根據加工方法和品質特征劃分為綠茶、黑茶、黃茶、紅茶、青茶(烏龍茶)和白茶六大類。根據季節(jié)分類又可分為春茶、夏茶、秋茶和冬茶。研究表明:茶葉中含有機化合物450多種,無機礦物質15種以上以及人體必需的營養(yǎng)成分和藥用成分。茶湯中陽離子含量較多而

15、陰離子較少,屬于堿性食品,可幫助體液維持堿性,保持健康。從性質上講,茶葉中有效成分大致可分為酚性物、嘌呤堿、多糖體、維生素和茶色素,其中以茶多酚、咖啡堿以及茶多糖在茶葉中的含量較多,所起的作用相對較大,一般被認為是茶葉中的主要活性成分,截至目前對它們的研究也最為深入和廣泛。</p><p>  1.2茶葉中咖啡因的性質、藥理功效及危害</p><p>  咖啡因(又稱咖啡堿)是茶葉中含量最

16、高的生物堿,在茶葉中所占質量分數為1%-5%[2]??Х纫蚓哂信d奮中樞神經、提神、恢復疲勞、強心活血、提高循環(huán)系統(tǒng)功能的作用。它還具有促進機體代謝,消毒滅菌,增強機體對疾病的抵御力,解熱鎮(zhèn)痛,提高記憶力,影響細胞周期、DNA,抗氧化,抗癌變,消除羥自由基等諸多作用。它對中樞興奮作用較強,小劑量可以增強大腦皮層興奮過程,振奮精神,減少疲勞;劑量增大可興奮大腦呼吸中樞及血管運動中樞,特別當這些中樞處于抑制狀態(tài)時,作用更為顯著,主要用于解救因

17、急性感染中毒、催眠藥、麻醉藥、鎮(zhèn)痛藥中毒引起的呼吸、循環(huán)衰竭;其次是與溴化物合用,使大腦皮層的興奮、抑制過程恢復平衡,用于神經官能癥;還有就是與乙酰水楊酸制成復方制劑用于一般性頭痛,與麥角胺合用治療偏頭痛。此外,咖啡堿對大腸桿菌、肺炎菌、流行性霍亂和痢疾原菌都有抑制作用;在減肥產品中可作為麻黃素的代用品[3]??Х纫驗槿鯄A性化合物,無色針狀白色晶體,無臭,具有強烈苦味,熔點238℃,升華溫度178℃,易溶于水、乙醇、丙酮及氯仿等有機溶劑

18、,微溶于石油醚,難溶于苯和乙醚??Х纫虻幕瘜W名稱為1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤</p><p>  適度地使用咖啡因有祛除疲勞、興奮神經的作用,臨床上用于治療神經衰弱和昏迷復蘇。但是,大劑量或長期使用也會對人體造成損害,特別是它也有成癮性,一旦停用會出現精神萎頓、渾身困乏疲軟等各種戒斷癥狀??Х纫蛏习a的癥狀包含了通常的頭痛,易怒,失眠,虛弱,壓抑,表現不佳,注意力不集中以及“反應靈敏紊亂”。雖然其成癮性較

19、弱,戒斷癥狀也不十分嚴重,但由于藥物的耐受性而導致用藥量不斷增加時,咖啡因就不僅作用于大腦皮層,還能直接興奮延髓,引起陣發(fā)性驚厥和骨骼震顫,損害肝、胃、腎等重要內臟器官,誘發(fā)呼吸道炎癥、婦女乳腺瘤等疾病,甚至導致吸食者下一代智能低下,肢體畸形。一般成年人每天大約消耗200mg的咖啡因,多則無益[4]。因此,研究茶葉中咖啡因的含量是非常必要且具有很重要的意義的。對茶葉中含有的咖啡因進行測定,有助于我們對茶葉有更好的認識,引導人們正確合理飲

20、茶。</p><p>  咖啡因是茶葉中含氮最高的有機化合物,具有舒張血管,興奮神經中樞、促進血液循環(huán)、預防高血壓、心肌梗塞等藥理和生理作用,是醫(yī)用咖啡因的重要來源。因為在各類植物中含量比較少,提取較困難,一直是一種緊俏的醫(yī)藥原料。其制備方法有人工合成和從天然作物中提取等。目前,從茶葉中提取天然咖啡因的方法按其化學過程可歸納為“溶劑萃取法”和“升華法”兩大類[5,6]??Х纫虻亩糠椒ㄓ卸喾N,主要有碘量法、重量法

21、、定氮法、比色法、層析法、紫外分光光度法[7]、近紅外分析法[8]、高效液相色譜法[9,10]、氣相色譜法等[11]。紫外分光光度法利用咖啡堿能吸收紫外光的性質進行測定,目前被確立為茶葉咖啡因總量測定的國家標準(GB8312-87)。本實驗采用紫外分光光度法對不同茶葉樣品采取相同的處理方法測定咖啡因的含量。利用咖啡因結構上的嘌呤環(huán)具有共軛雙鍵體系,在272-280nm具有最大吸收值,其吸光度與咖啡因含量呈線性關系,從而得以測定其含量。該

22、方法具有操作簡便、省時快速、準確度高、靈敏度高、成本低等特點,具有推廣價值。</p><p>  1.3紫外分光光度法</p><p>  1852年,比爾(Beer)參考了布給爾(Bouguer)1729年和朗伯(Lambert)在1760年所發(fā)表的文章,提出了分光光度的基本定律,即液層厚度相等時,顏色的強度與呈色溶液的濃度成比例,從而奠定了分光光度法的理論基礎,這就是著名的比爾朗伯定律

23、。1854年,杜包斯克(Duboscq)和奈斯勒(Nessler)等人將此理論應用于定量分析化學領域,并且設計了第一臺比色計。到1918年,美國國家標準局制成了第一臺紫外可見分光光度計。紫外可見分光光度法從問世以來,在應用方面有了很大的發(fā)展,尤其是在相關學科發(fā)展的基礎上,促使分光光度計儀器的不斷創(chuàng)新,功能更加齊全,使得光度法的應用更拓寬了范圍。</p><p>  紫外-可見分光光度法是根據物質分子對波長為200

24、-760nm這一范圍的電磁波的吸收特性所建立起來的一種定性、定量和結構分析方法。這種方法具有操作簡單、準確度高、重現性好的特點。描述物質分子對輻射吸收的程度隨波長而變的函數關系曲線,稱為吸收光譜或吸收曲線。紫外-可見吸收光譜通常由一個或幾個寬吸收譜帶組成。最大吸收波長(λmax)表示物質對輻射的特征吸收或選擇吸收,它與分子中外層電子或價電子的結構(或成鍵、非鍵和反鍵電子)有關。朗伯-比爾定律是分光光度法和比色法的基礎。這個定律表示:當一

25、束具有I0強度的單色輻射照射到吸收層厚度為b,濃度為c的吸光物質時,輻射能的吸收依賴于該物質的濃度與吸收層的厚度。其數學表達式為:</p><p>  A=-lg(I/I0)=-lgT=εcb。</p><p>  式中的A叫做吸光度,I0為入射輻射強度,I為透過吸收層的輻射強度,(I/I0)稱為透射率T,ε是一個常數,叫做摩爾吸光系數,ε值愈大,分光光度法測定的靈敏度愈高。</p&

26、gt;<p>  紫外-可見分光光度計由5個部件組成:①輻射源。必須具有穩(wěn)定的、有足夠輸出功率的、能提供儀器使用波段的連續(xù)光譜,如鎢燈、鹵鎢燈(波長范圍350-2500nm),氘燈或氫燈(180-460nm),或可調諧染料激光光源等。②單色器。它由入射、出射狹縫、透鏡系統(tǒng)和色散元件(棱鏡或光柵)組成,是用以產生高純度單色光束的裝置,其功能包括將光源產生的復合光分解為單色光和分出所需的單色光束。③試樣容器,又稱吸收池。供盛放

27、試液進行吸光度測量之用,分為石英池和玻璃池兩種,前者適用于紫外到可見區(qū),后者只適用于可見區(qū)。容器的光程一般為0.5~10厘米。④檢測器,又稱光電轉換器。常用的有光電管或光電倍增管,后者較前者更靈敏,特別適用于檢測較弱的輻射。近年來還使用光導攝像管或光電二極管矩陣作檢測器,具有快速掃描的特點。⑤顯示裝置。這部分裝置發(fā)展較快。較高級的光度計,常備有微處理機、熒光屏顯示和記錄儀等,可將圖譜、數據和操作條件都顯示出來。儀器類型則有:單波長單光束

28、直讀式分光光度計,單波長雙光束自動記錄式分光光度計和雙波長雙光束分光光度計。</p><p>  紫外-可見分光光度法應用范圍包括:①定量分析,廣泛用于各種物料中微量、超微量和常量的無機和有機物質的測定。②定性和結構分析,紫外吸收光譜還可用于推斷空間阻礙效應、氫鍵的強度、互變異構、幾何異構現象等。③反應動力學研究,即研究反應物濃度隨時間而變化的函數關系,測定反應速度和反應級數,探討反應機理。④研究溶液平衡,如測定

29、絡合物的組成,穩(wěn)定常數、酸堿離解常數等。</p><p><b>  2實驗部分</b></p><p><b>  2.1實驗原理</b></p><p>  茶葉中含有多種生物堿,其主要成分為咖啡因,并含有少量的茶堿和可可豆堿,以及單寧酸、色素、纖維素和蛋白質等。純品咖啡因為白色針狀結晶,味苦,置于空氣中具有風化性。易

30、溶于水、乙醇、丙酮及氯仿等有機溶劑。它是弱堿性物質,水溶液對石蕊試紙呈中性反應??Х纫蛟?00℃是失去結晶水并開始升華,178℃時很快升華。無水咖啡因的熔點為238℃。</p><p>  咖啡因的提取方法主要有溶劑法、升華法、吸附法和超臨界二氧化碳提取法(簡稱SFE法)四類。近年來也有人提出改進的方法,利用微波法提取咖啡因并取得了成功[12,13],為茶葉中咖啡因的提取又開辟了新途徑??紤]到實驗室設備及反應條件

31、控制的難易,本實驗采用索氏提取法提取咖啡因,雖然耗時長,但提取較完全,反應條件穩(wěn)定且易控制。利用紫外分光光度法測定含量具有簡單、快速并且準確度高的特點。</p><p>  物質的吸收光譜本質上就是物質中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波長的光能量,相應地發(fā)生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結果。由于各種物質具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結構,其吸收光能量的情況也就不會相同,因此,每種物質就有其特

32、有的、固定的吸收光譜曲線,可根據吸收光譜上的某些特征波長處的吸光度的高低判別或測定該物質的含量,這就是分光光度定性和定量分析的基礎。分光光度分析就是根據物質的吸收光譜研究物質的成分、結構和物質間相互作用的有效手段。</p><p>  許多有機化合物在紫外區(qū)具有特征的吸收光譜,因此可用紫外分光光度法對有機物質進行定性鑒定,結構分析及定量測定。紫外分光光度法定量測定的依據是比耳定律。即物質在一定濃度的吸光度與它的吸

33、收介質的厚度成正比。首先確定化合物的紫外吸收光譜,確定最大吸收波長。在選定的波長下,作出化合物溶液的工作曲線,根據在相同條件下測得待測液的吸光度值來確定待測液中化合物的含量。</p><p>  紫外分光光度法是利用咖啡堿結構上的嘌呤環(huán)具有共軛雙鍵體系,因而具有獨特的吸收光譜[14],在272-274nm處具有最大吸收值,其吸光度與咖啡堿含量呈線性關系[15],因此可通過吸光度求其含量。此方法具有簡便快速,檢出限

34、低,靈敏度高等優(yōu)點。</p><p>  本實驗利用咖啡因易溶于乙醇的特點,以無水乙醇作溶劑,通過索氏提取器進行連續(xù)抽提得到咖啡因提取液。制備咖啡因標準溶液并采用紫外分光光度法測定其吸光度值,繪制標準曲線得出線性回歸方程。采用紫外分光光度法對不同茶葉樣品咖啡因提取液采取相同的處理方法,測定其吸光度值,再根據線性回歸方程即可計算出咖啡因的含量。</p><p><b>  2.2儀

35、器與試劑</b></p><p>  儀器:分析天平(上海民橋精密儀器廠),調溫電熱套(北京市佳祥科利儀器有限公司),索氏提取器,真空泵,布氏漏斗,吸濾瓶,容量瓶,移液管,比色皿,725型紫外分光光度計(上海光譜儀器有限公司)等。</p><p>  試劑:茶葉(普通綠茶、毛尖、鐵觀音、銀霜、立頓紅茶、白茶),蒸餾水,活性炭,無水乙醇(本實驗所用試劑均為分析純試劑)。</

36、p><p><b>  2.3實驗裝置圖</b></p><p>  實驗提取裝置如圖2-1:</p><p>  圖 2-1 索氏提取裝置圖</p><p><b>  2.4實驗步驟</b></p><p>  2.4.1實驗方法探索[16]</p><

37、p>  升華法測咖啡因含量:準確稱取10g普通綠茶茶葉,適當粉碎,用濾紙包好放入索氏提取器內,加入120mL無水乙醇,搭好索氏提取裝置,控制電熱套溫度在80℃左右(即燒瓶中的提取液微沸),加熱提取3個小時,將提取夜全部倒出,加少量活性炭脫色,趁熱抽濾,得棕色濾液,將濾液倒入蒸餾燒瓶中,搭制蒸餾裝置進行蒸餾,蒸出大部分的乙醇,再將殘液倒入蒸發(fā)皿中,加入5g生石灰,在蒸氣浴上蒸干大部分溶劑(控制溫度,防止溫度過高咖啡因升華),再將蒸發(fā)

38、皿放在石棉網上用酒精燈小火焙炒,除盡溶劑,用一張扎了很多小孔的濾紙蓋在蒸發(fā)皿上方,再罩上口徑合適的玻璃漏斗,在其頸部塞一小團棉花,小心加熱蒸發(fā)皿,當濾紙上出現白色針狀結晶時,使升華速度盡可能減慢,以提高結晶程度,當玻璃漏斗出現棕色煙霧時,表示升華完畢,停止加熱。冷卻至100℃以下,揭開漏斗和濾紙,收集濾紙及漏斗內壁上的咖啡因。殘渣經攪拌后再重新升華一次,將兩次得到的咖啡因合并。稱量,測熔點。稱得其重量為1.8g,熔點為236.8℃??膳?/p>

39、斷得到的晶體為咖啡因粗品,再將粗品提純,稱量即可計算出咖啡因含量。</p><p>  利用索氏提取法可將茶葉中咖啡因提取出來。但是利用升華法來測定其含量,實驗過程中升華溫度等條件比較難控制,咖啡因晶體可能會升華不完全,造成咖啡因的損失,最后測得的含量會存在較大誤差。本實驗主要研究的是茶葉中咖啡因的含量,利用紫外分光光度法可以不用提取出咖啡因晶體,只需要得到其提取液,繪制咖啡因標準品在無水乙醇中吸光度與其濃度之間

40、的標準曲線,利用咖啡因在273nm處有最大吸收波長,測定其吸光度,再根據標準曲線方程即可算出它的含量,可以減少咖啡因在實驗過程中的損失。這種方法快速、簡單,可以節(jié)省很多步驟,節(jié)約時間,并且測得的準確度高。兩者相比較之下采用紫外分光光度法更加合適。</p><p>  2.4.2咖啡因提取液的制備</p><p>  準確稱取1g茶葉,適當粉碎,用濾紙包好放入索氏提取器內,加入80mL無水乙

41、醇,搭好索氏提取裝置,加熱至80℃提取3個小時,此時提取液的顏色變的很淡,幾乎為無色,待提取器中的液體剛剛虹吸下去時,立即停止加熱,將提取夜全部倒出,加少量活性炭脫色,抽濾,用少量無水乙醇洗滌,將濾液轉移到100mL容量瓶中,稀釋到刻度線,搖勻。用5mL移液管準確移取5mL溶液至50mL容量瓶中,稀釋到刻度線,搖勻。根據上述步驟依次制備出6種茶葉樣品的咖啡因提取液,待測。</p><p>  2.4.3標準溶液的

42、制備</p><p>  準確稱取25.0mg咖啡因標準品,用無水乙醇溶解,定容至100mL容量瓶中,得標準儲備液。分別取標準儲備液1mL、2mL、3mL、4mL、5mL于25mL容量瓶中,用無水乙醇定容至刻度,配制成濃度分別為10μg/mL,20μg/mL,30μg/mL,40μg/mL,50μg/mL系列的標準溶液。</p><p>  2.4.4紫外分光光度計測定標準溶液和茶葉樣品的

43、吸光度</p><p>  首先,選擇合適的光線環(huán)境下,打開紫外分光光度計。</p><p>  然后,等儀器在最穩(wěn)定的工作條件下,調整實驗所需的最大吸收波長為273nm[17],調零,以無水乙醇為空白液,注意比色皿的使用規(guī)則,按照標準溶液的濃度從低到高,依次測定標準溶液的吸光度值。</p><p>  最后,分別測定6種茶葉樣品提取液的吸光度,記錄所測數據。<

44、;/p><p><b>  3結果與分析</b></p><p>  3.1標準溶液吸光度與濃度關系曲線圖的繪制及得出線性回歸方程</p><p>  測得咖啡因標準溶液濃度與吸光度值記錄如表3-1:</p><p>  表 3-1 標準溶液濃度與吸光度關系</p><p>  咖啡因標準溶液濃度與

45、吸光度標準曲線如圖3-1:</p><p>  圖 3-1 咖啡因濃度-吸光度標準曲線</p><p>  根據圖3-1可得出咖啡因濃度與吸光度之間的線性回歸方程為y=0.0439x+0.0943。</p><p>  3.2茶葉樣品中咖啡因含量的測定</p><p>  分別測定6種茶葉樣品提取液在273nm處的吸光度值,根據咖啡因標準溶

46、液濃度與吸光度標準曲線線性回歸方程,即可計算出咖啡因濃度,從而計算出茶葉中咖啡因的含量,計算結果記錄如表3-2:</p><p>  表 3-2 6種茶葉中咖啡因的含量</p><p>  3.3茶葉樣品中咖啡因含量的比較</p><p>  不同品種、不同嫩度、不同加工方法制備的茶葉,其咖啡因含量是不一樣的。根據測定及計算結果也可得出,不同茶葉樣品中咖啡因含量不

47、同,其對比結果如圖3-2所示:</p><p>  圖 3-2 茶葉中咖啡因含量對比圖</p><p><b>  3.4結論</b></p><p>  從圖表中可以看出,不同品種的茶葉,其咖啡因的含量是不一樣的。測定的6種茶葉中,咖啡因的含量由高到低依次為:毛尖、普通綠茶、銀霜、立頓紅茶、白茶、鐵觀音。一般把茶葉按葉的老化程度分為老葉、中

48、葉、嫩葉及芽葉4個等級。茶葉老化程度不同,其水浸出物含量相差較大,老葉由于老化而含有的粗纖維較多,其水浸出物含量則較低,茶葉內的其他成分不容易溶解出來。茶葉葉子越老化,其水浸出物含量則越低,從而使其咖啡因的溶出率也較低。因此如果選擇用于提取咖啡因的茶葉時,選用老葉,提取率會較低,選用芽葉,提取率最高。但從經濟效益等綜合因素來分析,選用中葉比較好,因為中葉和老葉一樣不能用于生產加工茶葉成品,但其水溶出率和咖啡因的含量卻比老葉要大得多,從提

49、取的效率與成本來說,選用中葉是最合適的。由于所需待測茶葉樣品的局限性,本實驗并未采用相同地點、相同品種、相同嫩度、相同加工工藝的鮮葉,同時制備成6種茶類的茶樣,分析比較其咖啡因含量的差異。由于這些樣品的茶葉品種、生長環(huán)境、采摘嫩度各異,茶葉原料本身的生化成分差異較大,造成所分析的咖啡因含量可比性可能不是非常準確。通過與升華法測定茶葉中咖啡因含量的方法相比較,可得出利用紫</p><p><b>  參考

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