氟离子选择性电极-标准加入法测定葡萄酒中氟

张东霞，乔元元，史宝明，白金源

(西京学院 理学院，陕西 西安，710123)

氟属于卤族元素，是元素周期表中电负性最大的元素。由于其高反应活性，氟以萤石(CaF2)或冰晶石(Na3AlF6)等化合物形态存在于自然界中。地下水中氟的质量浓度通常不超过1 mg/L[1]。早在1973年，世界卫生组织将氟列入14种必需的微量元素之一。氟主要通过消化道、呼吸道及皮肤接触等途径进入人体。

人体对氟的生理需要量很小，这样小的计量很容易从环境中获得，因而尚未发现人类有因缺氟而引起的疾病。但长期摄入过量的氟化物，会和其他对体内平衡必不可少的阳离子结合，有害人体健康。因此，氟化物的摄入应该得到控制。

饮料和食物是人体氟的主要来源。食物中氟的吸收率为50%～80%，饮料中的可溶性氟几乎全部被小肠及胃吸收。酒精饮品中啤酒和葡萄酒中的氟含量最高[2]，而其流行程度及消费量也最高。因此，酒精饮品作为氟化物是进入人体的重要来源，在平衡饮食时需加以考虑。国际葡萄与葡萄酒组织(International Organisation of Vine and Wine，OIV)公布了2017年葡萄酒消费量，中国位居全球第四[3]。

葡萄酒中氟化物的来源是多方面的，其中主要来自灌溉水。葡萄园使用冰晶石作为杀虫剂，也是促使葡萄酒中氟化物浓度增加的重要原因。在糖酵解途径中，氟化钠对丙酮酸激酶有抑制作用[4-5]，在葡萄酒制备过程中经常被用作添加剂以防止葡萄酒异常发酵。无机离子含量通常是葡萄酒产地的特征，与其他地区酒相比，高氟地区酒中氟化物含量较高[6]。使用氟硅酸镁涂布的水泥发酵池将使葡萄酒中氟含量超过5 mg/L的上限[7]。在葡萄的种植和葡萄酒的酿造过程中，如果控制不当，过量的氟化物就会残留在成品葡萄酒中，对人体健康造成危害。因此，检测葡萄酒中氟化物的含量具有重要的意义。

氟离子选择电极是测定氟离子浓度的主要方法，当电极浸入含氟溶液中，氟离子交换和扩散发生在膜/溶液界面产生膜电位，在一定条件下膜电位与氟离子活度呈线性关系。由于离子选择电极法具有灵敏、快速、选择性好等优点，相关应用研究还在不断报道[8-11]。然而将此法直接应用于测定葡萄酒中氟含量，由于葡萄酒富含多种氨基酸、Fe、Se等人体所需的营养元素[12-15]，待测体系较为复杂，准确度和精密度会受到多种因素的影响。本研究选择大众消费的干红葡萄酒和干白葡萄酒为实际样品，研究了酸度、干扰离子和总离子强度调节缓冲剂(total ionic strength adjustment butter，TISAB)的影响，旨在建立一种快速、简便葡萄酒中氟含量的测定方法，以评价葡萄酒消费中氟摄入量及其毒性风险。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 试验试剂

NaF，化学试剂厂生产；NaOH，河东区红岩试剂厂生产；NaCl，天力化学试剂有限公司生产；冰醋酸，富宇精细化工有限公司生产。所用试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。

1.1.2 仪器与设备

pHS-3C型精密酸度计，上海大普仪器有限公司生产；PF-2-01型氟离子电极，上海仪电科学仪器股份有限公司生产；CHI 150型饱和甘汞电极，上海辰华仪器有限公司生产；79-1型磁力加热搅拌器，天津鑫博得仪器有限公司生产。

1.1.3 溶液的配制

(1)NaF标准溶液

称取1g NaF，在105 ℃下干燥4 h，冷却溶解，定容至100 mL容量瓶，NaF标准溶液的质量浓度为10 mg/L。 由于氟化物与硅酸盐玻璃反应生成四氟化硅和硅氟化物，因此NaF标准溶液贮于聚氯乙烯瓶中。

(2)TISAB I溶液

分别称取58 g NaCl和29.4 g Na3C6H5O7·2H2O混合，溶于700 mL水；称取10 g CDTA(反-1，2-环己二胺四乙酸一水)用6 mL 32%(体积分数)的NaOH溶液溶解，定容至50 mL容量瓶。将所得2种溶液混合，添加57 mL 的冰醋酸，并用32%的NaOH调节pH至5.5，冷却定容至1 000 mL容量瓶，得到TISAB Ⅰ溶液。

(3)TISAB Ⅱ溶液

称取204 g NaAc·3H2O溶于300 mL水中，加1 mol/LHAc溶液，调节pH至7.0，定容至500 mL容量瓶，得到3 mol/L NaAc溶液。称取110 g Na3C6H5O7·2H2O， 溶解后，加14 mL HClO4，定容至500 mL容量瓶，得到0.75 mol/L Na3C6H5O7溶液。将所得2种溶液等量混合，即为TISAB Ⅱ溶液。

(4)TISAB Ⅲ溶液

1.2 分析方法

1.2.1 样品准备

不同于红葡萄酒，白葡萄酒在酿造过程中增加了果汁分离、皮渣压榨及果汁澄清等处理工艺。分析的干红葡萄酒和干白葡萄酒样品均由市场购得。样品1：张裕解百纳干红葡萄酒，烟台张裕葡萄酿酒有限公司生产；样品2：长城五星赤霞珠干红葡萄酒，中国长城葡萄酒有限公司生产；样品3：通化红梅山葡萄酒，通化葡萄酒股份有限公司生产；样品4：王朝霞多丽干白葡萄酒，中法合营王朝葡萄酿酒有限公司；样品5：长城天赋葡园龙眼干白葡萄酒，中国长城葡萄酒有限公司生产；样品6：张裕雷司令干白葡萄酒，烟台张裕葡萄酿酒有限公司生产。

将葡萄酒过滤，贮于聚氯乙烯瓶，并做好标识，置于通风处，备用。

1.2.2 标准加入法

标准曲线法要求标准溶液和待测溶液的组成保持一致，不适合组成复杂的葡萄酒测定。采用标准加入法是将标准溶液加入到待测溶液中，能够较好地消除试样中其他组分对测定的影响。取6个50 mL容量瓶，做好标识，分别加入10 mg/L NaF标准溶液0、1、2、4、8、16 mL，各加入15 mL葡萄酒样品，10 mL TISAB溶液，稀释至刻度线，摇匀，转移至100 mL聚氯乙烯烧杯中，以饱和甘汞电极作为参比电极、活化后的氟电极作为工作电极，在电磁搅拌下，以氟质量浓度由小到大的顺序，测定各溶液的平衡电位值。根据测得数据绘制横坐标为F-浓度(mg/L)，纵坐标为电位值(mV)的标准曲线，即为样品空白标准曲线。

1.2.3 样品测定

准确量取30 mL葡萄酒样品于100 mL聚氯乙烯烧杯中，再加入10 mL TISAB溶液进行测定。根据样本空白标准曲线得到葡萄酒样品中氟含量。

2 结果与分析

2.1 总离子强度调节剂的选择

与LaF3单晶反应的物质和能与F-配位的阳离子是干扰氟离子选择电极测定的主要物质。在待测液中加入TISAB溶液的作用是掩蔽干扰离子、保持相对稳定的离子强度及维持溶液pH的恒定。

取葡萄酒样品1，分别用3种不同的TISAB溶液，按照1.2.2实验方法，平行测定3次，并计算相对标准偏差(RSD)，结果见表1。TISAB I溶液响应时间较短，具有最高的精密度。CDTA作为金属掩蔽剂适用范围广且柠檬酸三钠—冰醋酸可维持溶液pH恒定。故实验方法选择TISAB I溶液。

表1 总离子强度调节剂的选择Table 1 Selection of TISAB

2.2 pH的影响

酸度是葡萄酒口感的重要组成部分，在发酵前的浆果和果汁中，这些酸包括酒石酸、苹果酸和柠檬酸。酿造成为成品酒后，酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸逐渐增加。而溶液的酸度对测定有影响，当pH<4，发生反应：2F-+H+=HF++F-=HF2，降低了F-浓度。pH较高，发生反应：LaF3+3OH-=La(OH)3+3F-，使F-浓度偏高。对氟离子选择电极法，最佳的测定酸度为pH 5～6。本研究通过加入10 mL TISAB I溶液，调节待测液pH至5.5，以保证测定结果的准确性。

2.3 葡萄酒样品中氟含量及精密度测定结果

选择TISAB I溶液，按照1.2分析方法测定葡萄酒样品，平行测定6次。图1为干红葡萄酒测定结果。张裕解百纳干红葡萄酒平均氟含量(样品1)为0.68 mg/L；长城五星赤霞珠干红葡萄酒(样品2)平均氟含量为0.90 mg/L；通化红梅山葡萄酒(样品3)平均氟含量为0.76 mg/L。图2为干白葡萄酒测定结果。王朝霞多丽干白葡萄酒(样品4)平均氟含量为0.91 mg/L；长城天赋葡园龙眼干白葡萄酒(样品5)平均氟含量为0.81 mg/L；张裕雷司令干白葡萄酒(样品6)平均氟含量为0.88 mg/L。所分析的葡萄酒符合质量标准，其氟离子质量浓度均未超过OIV规定1 mg/L 的最大限度，所得结论与文献[12]中报道的从葡萄酒中摄取氟化物不会对消费者的健康构成风险基本相符。平行6次的测定结果的RSD为1.11%～4.44%，说明该法满足测定氟含量的精密度要求。

图1 干红葡萄酒氟离子浓度测定结果(n=6)Fig.1 Average fluoride concentration in red wines

图2 干白葡萄酒氟离子浓度测定结果(n=6)Fig.2 Average fluoride concentration in white wines

2.4 葡萄酒样品加标回收率

取干红葡萄酒和干白葡萄酒实际样品进行加标回收率实验，加标水平分别为0.5、1.0、1.5 mg/L，按照1.2分析方法平行测定6次，计算测得6种样品的平均回收率为95.83%～106.67%，实验结果见表2。

表2 加标回收实验结果(n=6)Table 2 Results for recovery experiments (n=6)

3 结论

研究了TISAB对测定结果的影响，建立了组成复杂体系中氟的测定方法。用氟离子选择电极—标准加入法测定实际葡萄酒样品中的氟含量，准确度高且简便快速，可在葡萄酒的微量元素监测方面推广使用。