不同前处理-石墨炉原子吸收光谱法检测红葡萄酒中铅*

郭金英，李丽，任国艳，殷勇

(河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳，471003)

不同前处理-石墨炉原子吸收光谱法检测红葡萄酒中铅*

郭金英，李丽，任国艳，殷勇

(河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳，471003)

对不同红葡萄酒前处理方法进行了研究，建立了石墨炉原子吸收检测红葡萄酒中铅含量的方法。红葡萄酒分别用直接稀释、蒸发浓缩、H2O2-HNO3消解、HClO4-HNO3消解和微波消解等5种前处理方法进行消化处理，以抗坏血酸，磷酸二氢铵，硝酸镁，氯化钯作为基体改进剂，研究选择基体改进剂合适种类及用量，对石墨炉检测法的测定条件进行研究。结果表明最佳基体改进剂为抗坏血酸，吸入量为5 μL。直接稀释、蒸发浓缩、H2O2-HNO3消解、HClO4-HNO3消解和微波消解5种不同前处理的相对标准偏差5%左右，微波消解的RSD(%)为3.2。微波消解-石墨炉原子吸收光谱法检测红葡萄酒中铅，该方法快速简单、精密度和准确度高，是红葡萄酒中铅含量测定的理想方法。

石墨炉原子吸收，红葡萄酒，微波消解，铅

葡萄酒是一种广泛的消费饮料，适量饮用有利于健康和长寿，有显著的商业价值和社会价值[1］。但是当葡萄酒中金属离子超过一定含量，不仅会引起酒的稳定性降低，质量下降，而且会对人体产生危害。铅是食品卫生检验的重要指标之一，食品中铅含量过高，能导致贫血、肝损害和神经失调。为此，国际食品法典委员会对食品中的铅含量限定最高量为0.3 mg/kg[2］。我国也制定了食品中铅的测定方法标准[3］，但葡萄酒中铅的测定方法还缺乏国家标准。因此，建立红葡萄酒中的微量元素铅的测定方法，不仅有利于提高葡萄酒的质量，而且对保障人们身体健康具有重要的意义。目前，国内外对铅污染测定方法主要有二硫腙比色法、氢化物原子荧光光谱法和原子吸收光谱法等[4-5］。火焰原子吸收光谱法和二硫腙比色法灵敏度较低，而且不利于排除干扰。由于葡萄酒基体复杂，含大量有机物、测定时干扰大，因而直接测定比较困难，结果准确性差。

葡萄酒基体复杂，铅含量低，必须经过消化处理，即前处理后再进行测定[6］。在进行石墨炉原子吸收测定时，样品前处理方法很多，有干法消化、湿法消化、微波消解、悬浮液进样、浊点萃取、非完全消化和流动注射在线样品处理等，对于一种样品，都有其最适宜的消化方法。目前对检测葡萄酒中金属离子铅的报道较少，对葡萄酒样的前处理方法也各不相同，如左正运，刘达雄分别对葡萄酒样用硝酸-高氯酸消解后用石墨炉原子吸收进行测定[7-8］;周丽加入硝酸后直接用石墨炉原子吸收测定葡萄酒中铅[9］;王利民用石墨炉原子吸收法直接测定葡萄酒中铅[10］。HNO3消解法适用于较清洁的样品。HNO3-HClO4消解样品可有效破坏样品中含有的有机物，但是污染环境，容易发生爆炸。微波消解具有提高反应速率、缩短样品制备时间、可控制反应条件、减少对环境的污染、改善实验人员的工作环境等优点。本研究以红葡萄酒为材料，对葡萄酒前处理方法、基体改进剂种类和使用量以及石墨炉检测法的测定条件进行研究，以建立用石墨炉原子吸收光谱法测定红葡萄酒中铅含量的方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

长城干红葡萄酒，中粮长城葡萄酒(烟台)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 试剂与仪器

铅标准溶液，抗坏血酸，磷酸二氢铵，Mg(NO3)2，氯化钯，以上试剂均为分析纯。高氯酸、硝酸为优级纯。

AA700型原子吸收光谱仪，AS800型自动进样器，美国Perkin Elmer公司;MDS-6型微波消解仪，上海新仪微波化学科技公司。

1.2.2 预处理

玻璃仪器首次使用均先用10%的硝酸溶液浸泡24 h以上，接着用水反复冲洗，再用去离子水冲洗，最后烘干备用[11］。为了避免玻璃器皿上金属离子的附着，每次试验前先用1%硝酸煮沸至1 h，再用水冲洗10遍左右，去离子水冲洗5遍，放在烘箱内烘干后备用。

1.2.3 样品前处理

1.2.3.1 直接稀释法

准确吸取5 mL的红葡萄酒于25 mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容至刻度，样品摇匀后待测。

1.2.3.2 蒸发方法

准确吸取5 mL红葡萄酒于50 mL小烧杯中，放在可调电加热板上45℃加热，直至葡萄酒样品中的酒精赶尽。将残余物移入25 mL容量瓶中，用去离子水冲洗小烧杯3次，合并于容量瓶中，定容至刻度，待测。同时做试剂空白。

1.2.3.3 过氧化氢-硝酸混合消解

准确吸取5 mL红葡萄酒于凯氏定氮瓶中，加入1 mL浓硝酸，在凯氏定氮瓶口盖上漏斗，放在可调温度的电炉上加热至红葡萄酒由红色变为黄色，取下并放置2 min，再加入4 mL浓硝酸和1 mL过氧化氢，继续加热直到浓棕色烟至黄色、淡黄色，烟冒尽时停止。取下放置至室温，用去离子水反复冲洗3次，定容至25 mL，待测。同时做试剂空白。

1.2.3.4 高氯酸-硝酸混合消解

准确吸取5 mL红葡萄酒于凯氏定氮瓶中，加入2.5 mL浓硝酸，加热至不再冒棕色烟后，取下，放置2 min。再加入4 mL硝酸与1 mL高氯酸，继续加热，待白烟冒尽，用少量0.5%硝酸稀释白色灰化物，接着反复冲洗3次，定容至刻度，待测。同时做试剂空白。

1.2.3.5 微波消解

准确吸取5 mL的红葡萄酒置于微波消解罐中，加入4 mL硝酸，放在电热加热板上，150℃条件下消解30 h，取下放至室温，再加入1 mL的过氧化氢和2 mL的浓硝酸，加盖密封，放入微波消解仪中，按表1工作条件消解完后，取出冷却至室温，转入25 mL容量瓶中，用少量去离子水多次冲洗消解罐，定容至刻度。待试样澄清后，进行测定。同时做空白试验。

表1 微波消解仪消解条件

1.2.4 石墨炉升温程序

石墨炉原子吸收检测经过干燥、灰化、原子化和除残4个阶段。对干燥阶段的升温方式、升温时间、干燥温度，灰化阶段和原子化阶段的升温时间和温度进行研究。具体设计如表2～表4所示。

表2 干燥阶段的设计

表3 灰化阶段的设计

表4 原子化阶段的设计

1.2.5 基体改进剂的优化选择

以磷酸二氢铵、抗坏血酸、Mg(NO3)2和氯化钯作为基体改进剂，对基体改进剂的种类和用量进行研究。

1.2.6 标准曲线的制作

采取自动进样器进行标准曲线系列溶液的配制，使用电脑软件进行标准曲线的自动生成。1mg/L的铅标准溶液，采用0.5%的硝酸为稀释剂进行稀释。进样量设定见表5。

表5 进样量设定

1.2.7 分析结果的计算与表述

葡萄酒样中铅含量按下式计算:

式中:X为试样中铅含量，μg/mL;c1为测定样液中铅含量，μg/mL;c0为空白液中铅含量，μg/mL;V为试样消化液定量总体积，mL;V1为试样体积，mL。

1.2.8 精密度与加标回收率

用上述几种不同的前处理方法处理红葡萄酒，计算平均值及精密度。用相对标准偏差Sr表示精密度[15］，其中 Sr计算公式为:Sr/%=(δ/A)×100

式中:δ为标准偏差，是从样品的多次测定值得出，A为3次测定样品溶液的平均吸光度。加入20μg/mL Pb标准液，进行加标试验，测定其含量并计算加标回收率。

1.2.9 统计分析

2 结果与分析

2.1 灯电流优化

在相同的条件下，改变灯电流，测得0.2 μg/mL铅使用液的吸光值。从图1中可以看出灯电流为13 mA的时候吸光值最大。为此，选择13 mA为本试验的最佳灯电流。

图1 灯电流对铅吸光值的影响

2.2 石墨炉升温程序的优化

2.2.1 干燥阶段优化

在相同的条件下分别改变干燥温度、干燥斜坡时间、干燥维持时间，测定0.2 μg/mL铅液的吸光值。由图2可知干燥温度在90℃时铅液的吸光值最低，随着温度升高吸光值增大，在110℃下铅的吸光值最大。由图3可知，干燥斜坡升温时间10 s时，铅吸光值最高。由图4可知，干燥维持时间15 s时，液吸光值最大，在20～30 s之间趋于平滑。因此本试验选择最佳干燥温度为110℃，干燥斜坡时间为10 s，干燥维持时间为15 s。

图2 干燥温度对铅吸光值的影响

图3 干燥斜坡时间对铅吸光值的影响

图4 干燥维持时间对铅吸光值的影响

2.2.2 灰化阶段优化

对灰化阶段的灰化温度、灰化斜坡升温时间、灰化维持时间进行了研究，结果见图5～图7。从图5可知灰化温度在900℃时，同一浓度铅标准试样吸光值最大，检测信号最好。灰化斜坡升温时间5 s(图6)和灰化维持时间20 s时(图7)吸光值最大。所以本试验选择900℃为最佳灰化温度、5 s为最优灰化斜坡升温时间、20 s为最适宜的灰化维持时间。

图5 灰化温度对铅吸光值的影响

图6 灰化斜坡时间对铅吸光值的影响

图7 灰化维持时间对铅吸光值的影响

2.2.3 原子化阶段优化

对石墨炉原子化温度、原子化斜坡升温时间、原子化维持时间进行了研究。由图8可知，当原子化温度在1800～2000℃时，铅的吸光值随着温度的升高变化不大，温度达到2400℃时吸光度为最大，灵敏度最高。所以选择2400℃为最佳原子化温度。由图9可知，原子化阶段的斜坡升温时间为0 s时，铅的吸光值最大，灵敏度最高，本试验选择0 s作为原子化阶段的最佳梯度升温时间。由图10可知，原子化阶段的维持时间对吸光值有一定的影响，当维持时间为3 s时吸光值最大，选择3 s作为原子化阶段的最佳维持时间。

图8 原子化温度对铅吸光值的影响

图9 原子化斜坡升温时间对铅吸光值的影响

图10 原子化维持时间对铅吸光值的影响

2.3 基体改进剂

2.3.1 基体改进剂的选择

从图11中可以看出:使用基体改进剂抗坏血酸、磷酸二氢铵时，铅的吸光值明显大于硝酸镁和氯化钯，且使用基体改进剂抗坏血酸时背景干扰消除充分。因此选择抗坏血酸做为最佳基体改进剂。

图11 基体改进剂对铅吸光值的影响

2.3.2 基体改进剂进样量的选择

由图12可以看出随着基体改进剂用量的增加，吸光值增大，当加入的基体改进剂为5 μL时吸光值达到一个高峰。以后随着加入改进剂用量的增大，吸光值逐渐减小。因此，选择加入基体改进剂的最佳进样量为5μL。

2.4 精密度与加标回收率

用5种不同前处理方法处理葡萄酒，并进行加标试验，检测加标前后样品铅含量，计算精密度及加标回收率，结果见表6。

图12 基体改进剂用量对铅吸光值的影响

表6 5种前处理方法精密度与加标回收率比较(±SD，n=3)

表6 5种前处理方法精密度与加标回收率比较(±SD，n=3)

/%直接稀释不同前处理方法样品测得值/(ng·mL-1) RSD/% 加标值/(ng·mL-1)加标后测得值/(ng·mL-1) 加标回收率16.67±1.154.220.0035.80±2.2395.65±8.31蒸发浓缩 15.24±1.035.120.0035.10±2.1199.08±7.98 H2O2-HNO315.77±1.174.220.0035.65±1.9999.24±8.12 HClO4-HNO316.53±1.014.520.0036.22±2.3898.45±8.99微波消解16.54±0.993.220.0036.49±2.5699.70±8.75

由表6中可知，微波消解的RSD为3.2%，是5种方法中相对标准偏差最小的，表明其波动小，稳定性强。加标回收率为99.70%，准确度高。

3 讨论

3.1 样品前处理方法

原子吸收光谱法测定金属离子时对样品的前处理方法有许多种，灰化法[12-13］、压力溶弹法[14］、蒸发浓缩[15］、湿法消解、分离富集等。过氧化氢-硝酸混合消解和高氯酸-硝酸混合消解都属于湿法消解，只是用的混合酸不一样。国标中的湿式消解虽然与本试验中高氯酸-硝酸混合消解法中用的混合酸是一样的，不过国标湿式消解消化样品需要用酸浸泡12 h，耗费的时间长，而本试验中的混酸消解的时间短，不到1h。直接稀释与蒸发浓缩处理葡萄酒样与混酸消解、微波消解相比省时、环境污染少、操作简单、被测铅离子损失小，但是干扰比较大，影响测定结果。微波消解与混酸消解相比样品消解快、试剂耗用量少、空白值低、灵敏度高、避免挥发损失和回收完全。

3.2 灯电流和石墨炉升温程序

石墨炉原子吸收光谱法进行元素测定时，由于检测对象不同，检测同一元素的最佳条件也不同。空心阴极灯增大灯电流，能增加正离子轰击和碰撞次数，使得阴极的溅射程度加剧从而提高激发效率，引起共振辐射强度加大[16］。但是随着灯电流的增大，激发效率过大，吸光值会逐渐减小，并且当灯电流太大的时候又会影响灯的使用寿命，所以选择佳测定铅离子的灯电流13mA。

灰化过程的主要目的是除去待测样品中的基体物质，进而减少或者消除对原子化阶段中被测元素的干扰。如果把原子化过程看作是最后的检测过程，那么灰化阶段就是最终的前处理过程，而灰化过程很大程度上就决定着原子化过程的效果。对于原子化温度的选择，铅需要的原子化温度较高，但是过高的温度会造成石墨管的寿命缩短，从而使得试验在没有结束前就需要更换石墨管，进而对试验的重复性不利[17］。因此石墨炉原子吸收测定红葡萄酒中铅时的石墨炉升温程序参数为:干燥温度110℃、干燥斜坡时间10s、干燥维持时间15s;灰化温度900℃、灰化斜坡升温时间5s、灰化维持时间20s;原子化阶段的原子化温度为2400℃、最佳梯度升温时间0s、原子化阶段维持时间3 s。

3.3 基体改进剂

基体改进剂使用种类和方法在不同研究中均不一样。蒙若兰等认为硝酸镁-硝酸钯做为基体改进剂能提高铅的热稳定性和降低基体及共存元素的影响，对提高仪器分析的灵敏度和精确度均有明显的效果[18］;王会存等用钯-硝酸镁为基体改进剂有效降低高盐食品中的基体干扰[19］;王立等用多组份混合做为基体改进剂，运用石墨炉原子吸收法测定全血中铅[20］。但是葡萄酒中铅的测定是一种复杂基体中的元素痕量分析，对于这样的分析，消除基体干扰和试剂空白是测定得出良好的准确度和精密度的重要因素。对几种常见的改进剂进行了研究对比，表明测定红葡萄酒中铅离子时消除干扰的最佳基体改进剂是抗坏血酸，其最佳用量为5μL。

4 结论

用石墨炉原子吸收光谱法检测红葡萄酒中铅含量，微波消解快速简单、测定精密度和准确度较高，是较理想的红葡萄酒前处理方法。检测的最佳测定条件为干燥温度110℃、干燥斜坡时间10 s、干燥维持时间15 s;灰化温度900℃、灰化斜坡升温时间5 s、灰化维持时间20 s;原子化阶段的原子化温度为2400℃、最佳斜坡升温时间0 s、原子化阶段维持时间3 s。

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ABSTRACTPlum bum(Pb)determination in red wine by graphite furnace atomic absorption spectrometry(GFAAS)was established through the research of pre-treatment method.The optimum conditions for determination of Pb in red wine were studied by five different pre-treatments.Result showed that the best matrix modifier agent was ascorbic acid，its inhalation volume was 5μL.These pre-treatments were:direct dilution，evaporation concentration，H2O2-HNO3digestion，HClO4-HNO3digestion and microwave digestion.The standard deviation was about 5%;the microwave dispels RSD was 3.2%.This method is rapid and accurate and can be used in the detection of Pb.

Key wordsgraphite furnace atomic absorption spectrometry，red wine，microwave digestion，lead

Determination of Lead in Red Wine by Different Pre-treatment Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

Guo Jin-ying，LI Li，Ren Guo-yan，Yin Yong
(College of Food and Bioengineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003，China)

博士，副教授。

*河南科技大学博士科研启动基金(2006050)，河南省教育厅自然科学研究计划项目(2011A330001)，河南科技大学实验技术开发基金项目(SY0809048)，河南科技大学青年科研基金(2007QN013)项目资助

2012-01-05，改回日期:2012-04-24