湿法消解-ICP-M S法测定葡萄酒中2 6种矿质元素

杨学威，邓之豪，母 健，张 昂，张进杰，房玉林

（1.西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨凌712100； 2.秦皇岛出入境检验检疫局检验检疫技术中心，河北秦皇岛066004； 3.中粮华夏长城葡萄酒有限公司，河北昌黎066600）

葡萄酒是由百分之百的葡萄或葡萄汁经完全或部分发酵产生的天然饮品[1]，含糖、有机酸、多酚、维生素及矿质元素等营养和功能性成分，其中部分矿质元素具有一定对人体所需的生理功效，如K、Ca、Na、Mg等大量元素及Cu、Fe、Zn等微量元素，同时葡萄酒中也存在一些危害人体健康的重金属元素，如Cd、Pb等[2-4]。另一方面，葡萄酒中部分矿质元素会影响酒的稳定性与品质，如Fe、Cu过量会引起葡萄酒的Fe、Cu破败，使葡萄酒变浑浊并产生金属味道，但同时Fe、Cu离子也可形成有抗氧化性的有机螯合物，在酒的成熟与陈酿过程中起重要作用[5-6]。此外，由于葡萄酒中的矿质元素主要源于葡萄原料种植地的土壤，近年来被发现还具有地理标识的作用，可用于葡萄酒产地溯源[7-9]。因此，对葡萄酒中矿质元素的分析测定具有重要的意义。

目前，常用的葡萄酒中矿质元素分析技术有分光光度法[10]、原子吸收光谱法（AAS）[11]、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）[12]、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等[13]，其中ICP-MS既能保证多元素同时测定，又有满意的灵敏度，且检出限低、检测效率高，是当前测定矿质元素的理想方法[14-15]。本研究拟比较直接稀释和湿法消解两种前处理方式，采用ICP-MS法同时测定葡萄酒中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种矿质元素，旨在为葡萄酒的质量评价和产地溯源提供技术手段。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与试剂

1.1.1 材料

样品：干红葡萄酒（酒精度11.7%vol～14.8%vol），来自新疆和环渤海湾2个产区，每个产区15个。

1.1.2 试验仪器

PerkinElmer ICP-MS Elan DRC-e电感耦合等离子体质谱仪，配备40.68 MHz自激式射频发生器、GemCleanTM十字交叉雾化器、RytonTM高分子惰性材料双通道雾化室（美国PerkinElmer公司）；LabTech EHD36电热消解板（北京莱伯泰科仪器公司）；微量移液器（德国eppendorf公司）。

1.1.3 主要试剂

MOS级硝酸（北京化学试剂研究所）；去离子水（18.2 MΩ·cm）；无水乙醇（国药集团）；混标元素：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种元素标准溶液（加拿大SCP SCICENCE公司，100 mg/L，介质为0.5%HNO3/2%HCl/1%HF）；单 标 元 素 ：Al、Ba、Mg（加拿大 SCP SCICENCE公司，100 mg/L，介质为0.5%HNO3）；调谐溶液：Mg、In、Ce、Ba和U（美国PE公司，1 μg/L，介质为0.5%HNO3）；内标溶液：Y（加拿大SCP SCICENCE公司，100 μg/L，介质为0.5%HNO3）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品前处理

样品前处理方式包括湿法消解和直接稀释，湿法消解流程：精确量取5 mL酒样于消解管中，置于100℃电热板上加热驱赶乙醇至1 mL，冷却至室温后加入1 mL浓硝酸，于常温下消解3 h，再置于85℃电热板上消解30 min，后升温到100℃赶酸至1 mL，冷却至室温后转入容量瓶，用2%的硝酸溶液定容至25 mL，待测。直接稀释流程：另取5 mL相同酒样用2%的硝酸溶液定容至25 mL，与湿法消解稀释倍数相同作对照。

1.2.2 标准曲线的配制

系列标准溶液配制：移取混合标准元素溶液（原浓度为100 mg/L，提前稀释至10 mg/L作为母液）1000 μL，用2%硝酸定容至20 mL，得到浓度为500 μg/L的中间液。分别移取0、50 μL、250 μL、500 μL、2500 μL中间液，其中50 μL中间液移取3份，2份用2%硝酸分别定容至50 mL和100 mL，得到浓度为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组浓度为0、1 μg/L、5 μg/L、10 μg/L、50 μg/L的系列溶液。

为使部分元素的浓度接近实际样品中的含量范围，使用Al、Ba、Mg等单标溶液调节标准曲线中 Al、Ba的浓度为0、10 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、150 μg/L、200 μg/L、250 μg/L，Mg的浓度为0、10 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、400 μg/L、800 μg/L。

1.2.3 ICP-MS测定条件

仪器预热后经调谐液优化仪器参数，射频功率：1100 W；等离子气流量15 L/min；载气流量：0.94 L/min；辅助器气流量：1.2 L/min；透镜电压：5.5 V；雾化室温度：2 ℃；蠕动泵转速：0.1 r/s；采样流量：0.8 mL/min；采样深度：8.0 mm；双电荷比值＜0.03；氧化物比值＜0.03；仪器软件推荐校正方程。

待测元素包括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种核素。在线引入内标液（Y，10 μg/L），外标法定量。

1.2.4 数据处理

实验数据采用Microsoft Office 2016和SPSS Statistics 17.0进行分析，显著水平为P＜0.05。

2 结果与讨论

2.1 前处理方式的比较与分析

如试验方法所述，直接稀释[16-18]和湿法消解[19-21]是目前相关研究中最常用的两种前处理方式，为了探究这两种前处理对测定结果的影响，本试验对此进行了考察，结果见表1。由表1可知，在ICP-MS测定无机元素过程中，两种前处理方式的质谱信号响应强度确实存在差异，较湿法消解，直接稀释的Cr、As和Se测定信号响应值显著增强，而 Al、Be、Li和Mg等的响应值明显减弱。这可能是由于样品中的乙醇等有机物在测定过程中，容易在取样锥孔处聚集碳，改变等离子体的电离度,而大量的碳离子也会在四级杆中形成空间电荷效应干扰测定信号[16]。因此，样品经湿法消解去除基体效应后更适用于ICP-MS测定。

表1 两种前处理方式的比较

2.2 线性范围及检出限

在试验条件下，测定系列标准溶液，绘制标准曲线并计算相关系数R2，然后连续10次平行测定2%的硝酸空白溶液，根据IUPAC的方法，以3倍标准偏差对应的浓度作为检出限，以10倍标准偏差对应的浓度作为定量限，线性范围及检出限见表2。由表2可知，26种元素标准曲线的R2值在0.9831～0.9999范围内，各元素标准曲线线性关系良好，方法的检出限和定量限范围分别为0.003～2.624 μg/L和0.009～8.064 μg/L，表明该方法有较高的灵敏度。

2.3 方法的回收率及精密度

按湿法消解的前处理方式对已知酒样进行基质加标，采用3水平6平行试验，考察样品的加标回收率，同时，通过对平行样的重复测定考察方法的精密度，结果见表3。由表3可知，在各元素加标水平下，回收率在72.4%～124.5%的范围内，方法的精密度在1.3%～5.4%的范围内，由于是痕量分析，结果满足测定需求。

2.4 样品检测结果及讨论

在试验条件下，两个产区30个葡萄酒样品的26种元素测定结果见表4。由表4可知，葡萄酒中含有多种微量元素，且含量差别较大，如Be的含量在0.02～0.51 μg/L范围内，同时Ag、Sb、Ba、Tl、Bi、U、Se的含量也在同一数量级；而Mn的含量在1218.20～8435.59 μg/L范围内，与Rb和Sr含量的数量级类似，可见在应用ICP-MS同时测定葡萄酒中多种矿质元素时需要适当调整线性范围而使测定结果更加准确。此外，本试验所测定的Mg含量在118707.13～210813.72 μg/L之间，与有关报道的6970～157100 μg/L范围类似[17-19]，验证了本方法的有效性及结果的真实性。

表2 26种元素的线性范围及检出限

表3 加标回收率及精密度

表4 样品测定结果

从新疆产区样品和环渤海湾产区样品所测得的结果中可以看出，虽然同一种元素的含量基本在同一数量级，但数值上仍存在明显差异。如新疆产区Li为环渤海湾产区的3倍，而环渤海湾产区Be为新疆产区的 4倍，但还有如Ti、Cr、Cu、Rb、Ag、Sn、Ba等元素含量基本一样。因此，不同产区含量差异性较大的元素或可作为地区特征元素，用以区分不同的葡萄酒产区，同时，测试结果也为葡萄酒产地的区分和鉴别地域来源的真伪提供了依据。

3 结论

本试验建立了ICP-MS测定葡萄酒中26种矿质元素的方法，比较了湿法消解和直接稀释两种前处理方式，分析得出经硝酸消解后的样品测定相较于直接稀释基体干扰更小，结果更为准确。通过对试验方法的线性范围、检出限、加标回收率及精密度等的考察，结果表明，该方法在一定范围内线性良好，检出限低，加标回收率及精密度较高，可检测元素种类多，可用于葡萄酒中多种矿质元素的同时测定。通过对新疆和环渤海湾两个葡萄酒产区30个酒样的实际测定，结果显示，矿质元素可作为葡萄酒产地溯源的理想指标。