濕法消解-ICP-M S法測定葡萄酒中2 6種礦質(zhì)元素

楊學(xué)威，鄧之豪，母 健，張 昂，張進(jìn)杰，房玉林

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西楊凌712100； 2.秦皇島出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，河北秦皇島066004； 3.中糧華夏長城葡萄酒有限公司，河北昌黎066600）

葡萄酒是由百分之百的葡萄或葡萄汁經(jīng)完全或部分發(fā)酵產(chǎn)生的天然飲品[1]，含糖、有機(jī)酸、多酚、維生素及礦質(zhì)元素等營養(yǎng)和功能性成分，其中部分礦質(zhì)元素具有一定對人體所需的生理功效，如K、Ca、Na、Mg等大量元素及Cu、Fe、Zn等微量元素，同時葡萄酒中也存在一些危害人體健康的重金屬元素，如Cd、Pb等[2-4]。另一方面，葡萄酒中部分礦質(zhì)元素會影響酒的穩(wěn)定性與品質(zhì)，如Fe、Cu過量會引起葡萄酒的Fe、Cu破敗，使葡萄酒變渾濁并產(chǎn)生金屬味道，但同時Fe、Cu離子也可形成有抗氧化性的有機(jī)螯合物，在酒的成熟與陳釀過程中起重要作用[5-6]。此外，由于葡萄酒中的礦質(zhì)元素主要源于葡萄原料種植地的土壤，近年來被發(fā)現(xiàn)還具有地理標(biāo)識的作用，可用于葡萄酒產(chǎn)地溯源[7-9]。因此，對葡萄酒中礦質(zhì)元素的分析測定具有重要的意義。

目前，常用的葡萄酒中礦質(zhì)元素分析技術(shù)有分光光度法[10]、原子吸收光譜法（AAS）[11]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）[12]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）等[13]，其中ICP-MS既能保證多元素同時測定，又有滿意的靈敏度，且檢出限低、檢測效率高，是當(dāng)前測定礦質(zhì)元素的理想方法[14-15]。本研究擬比較直接稀釋和濕法消解兩種前處理方式，采用ICP-MS法同時測定葡萄酒中Ag、Al、As、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Li、Mg、Mn、Mo、Ni、Pb、Rb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Tl、U、V和Zn等26種礦質(zhì)元素，旨在為葡萄酒的質(zhì)量評價和產(chǎn)地溯源提供技術(shù)手段。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與試劑

1.1.1 材料

樣品：干紅葡萄酒（酒精度11.7%vol～14.8%vol），來自新疆和環(huán)渤海灣2個產(chǎn)區(qū)，每個產(chǎn)區(qū)15個。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

PerkinElmer ICP-MS Elan DRC-e電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，配備40.68 MHz自激式射頻發(fā)生器、GemCleanTM十字交叉霧化器、RytonTM高分子惰性材料雙通道霧化室（美國PerkinElmer公司）；LabTech EHD36電熱消解板（北京萊伯泰科儀器公司）；微量移液器（德國eppendorf公司）。

1.1.3 主要試劑

MOS級硝酸（北京化學(xué)試劑研究所）；去離子水（18.2 MΩ·cm）；無水乙醇（國藥集團(tuán)）；混標(biāo)元素：Ag、Al、As、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Li、Mg、Mn、Mo、Ni、Pb、Rb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Tl、U、V 和Zn等26種元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（加拿大SCP SCICENCE公司，100 mg/L，介質(zhì)為0.5%HNO3/2%HCl/1%HF）；單 標(biāo) 元 素 ：Al、Ba、Mg（加拿大 SCP SCICENCE公司，100 mg/L，介質(zhì)為0.5%HNO3）；調(diào)諧溶液：Mg、In、Ce、Ba和U（美國PE公司，1 μg/L，介質(zhì)為0.5%HNO3）；內(nèi)標(biāo)溶液：Y（加拿大SCP SCICENCE公司，100 μg/L，介質(zhì)為0.5%HNO3）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

樣品前處理方式包括濕法消解和直接稀釋，濕法消解流程：精確量取5 mL酒樣于消解管中，置于100℃電熱板上加熱驅(qū)趕乙醇至1 mL，冷卻至室溫后加入1 mL濃硝酸，于常溫下消解3 h，再置于85℃電熱板上消解30 min，后升溫到100℃趕酸至1 mL，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)入容量瓶，用2%的硝酸溶液定容至25 mL，待測。直接稀釋流程：另取5 mL相同酒樣用2%的硝酸溶液定容至25 mL，與濕法消解稀釋倍數(shù)相同作對照。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制

系列標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：移取混合標(biāo)準(zhǔn)元素溶液（原濃度為100 mg/L，提前稀釋至10 mg/L作為母液）1000 μL，用2%硝酸定容至20 mL，得到濃度為500 μg/L的中間液。分別移取0、50 μL、250 μL、500 μL、2500 μL中間液，其中50 μL中間液移取3份，2份用2%硝酸分別定容至50 mL和100 mL，得到濃度為0.5 μg/L和0.25 μg/L的系列溶液，其余移取液都定容至25 mL，得到5組濃度為0、1 μg/L、5 μg/L、10 μg/L、50 μg/L的系列溶液。

為使部分元素的濃度接近實(shí)際樣品中的含量范圍，使用Al、Ba、Mg等單標(biāo)溶液調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)曲線中 Al、Ba的濃度為0、10 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、150 μg/L、200 μg/L、250 μg/L，Mg的濃度為0、10 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、400 μg/L、800 μg/L。

1.2.3 ICP-MS測定條件

儀器預(yù)熱后經(jīng)調(diào)諧液優(yōu)化儀器參數(shù)，射頻功率：1100 W；等離子氣流量15 L/min；載氣流量：0.94 L/min；輔助器氣流量：1.2 L/min；透鏡電壓：5.5 V；霧化室溫度：2 ℃；蠕動泵轉(zhuǎn)速：0.1 r/s；采樣流量：0.8 mL/min；采樣深度：8.0 mm；雙電荷比值＜0.03；氧化物比值＜0.03；儀器軟件推薦校正方程。

待測元素包括107Ag、27Al、75As、138Ba、9Be、209Bi、111Cd、59Co、52Cr、63Cu、7Li、24Mg、55Mn、98Mo、60Ni、208Pb、85Rb、121Sb、77Se、118Sn、88Sr、47Ti、205Tl、238U、51V及66Zn等26種核素。在線引入內(nèi)標(biāo)液（Y，10 μg/L），外標(biāo)法定量。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office 2016和SPSS Statistics 17.0進(jìn)行分析，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理方式的比較與分析

如試驗(yàn)方法所述，直接稀釋[16-18]和濕法消解[19-21]是目前相關(guān)研究中最常用的兩種前處理方式，為了探究這兩種前處理對測定結(jié)果的影響，本試驗(yàn)對此進(jìn)行了考察，結(jié)果見表1。由表1可知，在ICP-MS測定無機(jī)元素過程中，兩種前處理方式的質(zhì)譜信號響應(yīng)強(qiáng)度確實(shí)存在差異，較濕法消解，直接稀釋的Cr、As和Se測定信號響應(yīng)值顯著增強(qiáng)，而 Al、Be、Li和Mg等的響應(yīng)值明顯減弱。這可能是由于樣品中的乙醇等有機(jī)物在測定過程中，容易在取樣錐孔處聚集碳，改變等離子體的電離度,而大量的碳離子也會在四級桿中形成空間電荷效應(yīng)干擾測定信號[16]。因此，樣品經(jīng)濕法消解去除基體效應(yīng)后更適用于ICP-MS測定。

表1 兩種前處理方式的比較

2.2 線性范圍及檢出限

在試驗(yàn)條件下，測定系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計算相關(guān)系數(shù)R2，然后連續(xù)10次平行測定2%的硝酸空白溶液，根據(jù)IUPAC的方法，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度作為檢出限，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度作為定量限，線性范圍及檢出限見表2。由表2可知，26種元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的R2值在0.9831～0.9999范圍內(nèi)，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，方法的檢出限和定量限范圍分別為0.003～2.624 μg/L和0.009～8.064 μg/L，表明該方法有較高的靈敏度。

2.3 方法的回收率及精密度

按濕法消解的前處理方式對已知酒樣進(jìn)行基質(zhì)加標(biāo)，采用3水平6平行試驗(yàn)，考察樣品的加標(biāo)回收率，同時，通過對平行樣的重復(fù)測定考察方法的精密度，結(jié)果見表3。由表3可知，在各元素加標(biāo)水平下，回收率在72.4%～124.5%的范圍內(nèi)，方法的精密度在1.3%～5.4%的范圍內(nèi)，由于是痕量分析，結(jié)果滿足測定需求。

2.4 樣品檢測結(jié)果及討論

在試驗(yàn)條件下，兩個產(chǎn)區(qū)30個葡萄酒樣品的26種元素測定結(jié)果見表4。由表4可知，葡萄酒中含有多種微量元素，且含量差別較大，如Be的含量在0.02～0.51 μg/L范圍內(nèi)，同時Ag、Sb、Ba、Tl、Bi、U、Se的含量也在同一數(shù)量級；而Mn的含量在1218.20～8435.59 μg/L范圍內(nèi)，與Rb和Sr含量的數(shù)量級類似，可見在應(yīng)用ICP-MS同時測定葡萄酒中多種礦質(zhì)元素時需要適當(dāng)調(diào)整線性范圍而使測定結(jié)果更加準(zhǔn)確。此外，本試驗(yàn)所測定的Mg含量在118707.13～210813.72 μg/L之間，與有關(guān)報道的6970～157100 μg/L范圍類似[17-19]，驗(yàn)證了本方法的有效性及結(jié)果的真實(shí)性。

表2 26種元素的線性范圍及檢出限

表3 加標(biāo)回收率及精密度

表4 樣品測定結(jié)果

從新疆產(chǎn)區(qū)樣品和環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)樣品所測得的結(jié)果中可以看出，雖然同一種元素的含量基本在同一數(shù)量級，但數(shù)值上仍存在明顯差異。如新疆產(chǎn)區(qū)Li為環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)的3倍，而環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)Be為新疆產(chǎn)區(qū)的 4倍，但還有如Ti、Cr、Cu、Rb、Ag、Sn、Ba等元素含量基本一樣。因此，不同產(chǎn)區(qū)含量差異性較大的元素或可作為地區(qū)特征元素，用以區(qū)分不同的葡萄酒產(chǎn)區(qū)，同時，測試結(jié)果也為葡萄酒產(chǎn)地的區(qū)分和鑒別地域來源的真?zhèn)翁峁┝艘罁?jù)。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)建立了ICP-MS測定葡萄酒中26種礦質(zhì)元素的方法，比較了濕法消解和直接稀釋兩種前處理方式，分析得出經(jīng)硝酸消解后的樣品測定相較于直接稀釋基體干擾更小，結(jié)果更為準(zhǔn)確。通過對試驗(yàn)方法的線性范圍、檢出限、加標(biāo)回收率及精密度等的考察，結(jié)果表明，該方法在一定范圍內(nèi)線性良好，檢出限低，加標(biāo)回收率及精密度較高，可檢測元素種類多，可用于葡萄酒中多種礦質(zhì)元素的同時測定。通過對新疆和環(huán)渤海灣兩個葡萄酒產(chǎn)區(qū)30個酒樣的實(shí)際測定，結(jié)果顯示，礦質(zhì)元素可作為葡萄酒產(chǎn)地溯源的理想指標(biāo)。