微波消解-ICP-MS法测定葡萄等果实中的8种无机元素

张鑫，胡万林，韩梦莎，田佳鑫，姜孝苟

（中国贵州茅台酒厂（集团）有限责任公司，贵州仁怀 564501）

葡萄是常见酿酒原料，作为一类植物源食品，从种植、管理、施肥、采摘、运输等过程中都可能会带来重金属污染，影响其品质安全。随着酿酒产业的不断发展，龙眼、枸杞、山楂等果实也广泛成为配制酒的生产原料。因此，对果实类样品中无机元素含量的测定，有利于保障以此类果实为原料的产品品质安全[1-3]。

当前用于检测样品中无机元素的方法主要有：原子吸收法、原子荧光法和电感耦合等离子体（ICP）法。其中，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）将电感耦合等离子体的高温电离特性与四极杆质量分析器快速灵敏扫描的优点结合，相较其他检测方法而言，具有高灵敏度、低检出限、宽检测质量范围和动态线性范围的特点，分析过程中干扰少且容易消除，可以同时对多种元素进行定量分析。在选用高精度、高灵敏度的仪器进行分析检测时，样品的前处理往往会对检测结果带来影响。因此，选用合适的前处理方法，可提高分析方法的准确度。无机元素检测常用的前处理方法有干灰法消解、湿消解法和微波消解法。相较前两者而言，微波消解法具有操作简便，消解效率高，稳定性好，回收率高，通用性较好的特点。综上，本试验选用微波消解法作为待测样品的前处理方法。

目前，采用电感耦合等离子体质谱仪对单一样品中多种无机元素含量进行检测的报道较多[4-8]，但对检测方法通用性的研究较少。采用微波消解与ICP-MS联用的方法，选用He碰撞模式，建立能同时测定葡萄、龙眼、枸杞和山楂干中锰、铁、钴、砷、硒、钼、镉和铅8种无机元素快速、准确的分析方法，以期为此酒类生产、加工原料的品质安全和质量控制提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 样品

网购云南、新疆、山东、陕西、辽宁、四川和贵州7个不同产地的葡萄，冷链运输，-4℃冷藏待用；网购龙眼、枸杞、山楂干果冷藏待用。

1.1.2 试剂

硝酸（工艺超纯）购自国药集团；混合标准物质Part#5183-4688、调谐液（Ce，Co，Li，Mg，Y）1 μg/mL、在线内标液均购自安捷伦科技（中国）有限公司。

1.2 仪器与设备

Agilent 7900电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），美国安捷伦公司；Mars6微波消解仪，CEM仪器有限公司；3205匀浆机，BRAUN公司；WND-200植物粉碎机，浙江佛能达电器有限公司；AR2140精密电子天平，梅特勒公司；BHW-09C20赶酸仪，博通化学科技有限公司；Aquaplore超纯水系统，重庆颐洋科技发展有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 标准溶液的配制及内标溶液的选择

标准溶液：逐级稀释先用2% HNO3溶液将含有Mn、Fe、Co、As、Se、Mo、Cd、Pb元素的混标储存液稀释成中间液。高浓度元素（Mn、Fe）浓度为10 000 μg/L、低浓度元素（Co、As、Se、Mo、Cd、Pb）浓度为100 μg/L，再将中间液用2%的HNO3溶液稀释成低浓度元素的质量浓度为5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L，高浓度元素质量浓度为500.0、1000.0、2000.0、5000.0 μg/L的混标工作溶液，供仪器测定。

内标溶液：为避免基质干扰造成仪器检测信号发生飘逸，影响方法准确性。试验选用内标法对此干扰进行消除。选择的内标元素应该异于待测元素且与待测元素的质量数相近。根据待测元素的原子量分布，试验选用：45Sc作为待测元素55Mn、56Fe的内标，72Ge作为测定元素59Co、75As和78Se的内标，115In作为测定元素95Mo、111Cd的内标，209Bi作为测定元素208Pb的内标。根据国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPAC）规定，对消解后的空白试样测定11次，通过计算得出方法检出限与定量限。

1.3.2 消解温度的选择

试验选用170、185、200 ℃三个消解温度，对同批次样品进行消解试验，观察样品消解效果。

1.3.3 消解试剂的选择

结合消解试剂的特点和待测样品的类型，选用氧化性强和热稳定性较好的硝酸溶液作为消解试剂。

1.3.4 样品处理方法

对待测样品进行粉碎或匀浆处理，准确称取0.5 g样品置于消解管中，加入合适的消解试剂，待样品进行充分预消解后。将其置于微波消解仪中，选择合适的消解温度，使待测样品被充分消解。完毕后，待消解管冷却至室温，将其转移到赶酸仪中将消解试剂赶至近干后，用2%硝酸溶液将消解管多次洗涤并转移至25 mL容量瓶中，定容，待测。

1.3.5 仪器工作条件的选择

以灵敏度、氧化物和双电荷比例作为优化仪器条件的考察指标，通过设置自动调谐程序，选用浓度为1 μg/mL的调谐溶液对仪器进行自动调谐，优化了载气流量、射频功率等ICP-MS的重要工作参数。试验采用碰撞/反应模式（KED）消除多原子离子和同量异位数对检测结果的干扰，对KED模式中碰撞气流量进行了单因素优化试验：以0.2 mL/min的变量来调整碰撞气流量，从0.2 mL/min调节至3.0 mL/min，观察不同条件下的信背比变化情况，选出合适的碰撞气流量。

1.3.6 方法学验证

采用同一检测方法分别对葡萄、龙眼、枸杞和山楂干中8种无机元素含量进行检测，同时对相关方法学参数进行验证。

1.4 计算公式

样品中各无机元素含量的计算公式如下：

X＝(C×V)/M

X：样品中无机元素的含量（μg/kg）；C：待测样品中无机元素的含量（μg/L）；V：样品消解后的稀释体积（mL）；M：样品质量（kg）。

2 结果与分析

2.1 方法的线性范围及检出限

系列标准工作溶液经调试后的ICP-MS检测得到各待测元素对应信号的响应值。测得各元素标准曲线线性范围、相关系数R、方法检出限、定量限及所选内标元素，如下表1所示。

2.2 消解温度的选择

试验结果显示，当消解温度为170 ℃时，样品不能被完全消解。而当消解温度为185 ℃和200 ℃时，样品能被消解完全。因此，本试验选择185 ℃为样品消解温度。

2.3 仪器参数的选择

仪器信背比与碰撞气流量的变化关系（图1）。图1所示，随着碰撞气流量的增加，信背比呈先增后减的趋势，当碰撞气流量为2.6 mL/min时，信背比达到最大。因此，试验选择碰撞气流量为2.6 mL/min。

经自动调谐和单因素试验优化后得到试验选用的ICP-MS工作参数如下：射频功率，1550 W；载气（Ar）流速，1.01 L/min；等离子气流速，15.0 L/min；碰撞气（He）流量，2.6 mL/min。仪器采用石英雾化室，镍采样锥和镍截取锥。

2.4 方法学验证

分别对葡萄、龙眼、枸杞、山楂干中8种无机元素含量进行检测。各待测样品中元素含量、标准偏差及加标回收率见表2～表5。

由表2可见：各待测元素标准偏差分布于2.8%～11.4%，三水平加标回收率分布于89.8%～117.2%之间。表明本方法可用于检测葡萄类浆果中8种无机元素含量，且精密度、准确度良好。

由表3可见：各待测元素标准偏差分布于1.8%～10.0%，三水平加标回收率分布于84.3%～112.8%之间。表明本方法可用于检测龙眼类含糖量高的样品，且精密度、准确度良好。

图1 信背比与碰撞气流量的关系Figure 1 Relationship between SBR and flow rate of collision gas

表1 方法的线性范围及检出限（n＝11）Table 1 The linear ranger and detection limit of the method（n＝11）

由表4可见：各待测元素标准偏差分布于1.8%～6.6%，三水平加标回收率分布于83.8%～109.6%。表明本方法可用于检测枸杞类干果样品，且精密度、准确度良好。

由表5可见：各待测元素标准偏差分布于2.7%～5.8%，三水平加标回收率分布于87.8%～108.9%之间。表明本方法可用于检测山楂干类纤维质含量高的样品，且精密度及准确度良好。

对7个不同产地的葡萄样品中无机元素含量进行测定。表6结果可见，不同产地葡萄样品的镉、铅元素的含量水平接近，均符合GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》，也满足多国及地区葡萄重金属污染的限量标准[10-11]要求。有关研究表明，铅、镉元素主要富集在葡萄的根茎，果实中重金属风险较低[9]，试验的检测结果较好地印证该研究结论。相较于铅、镉元素，样品中锰、铁元素的含量差异较大，该现象应与当地的种植条件和葡萄品种的差异有关[12-15]。

3 讨论与结论

原子吸收对样品中多种无机元素含量进行测定时，需依次进行单元素测定，步骤繁琐耗时长。湿法消解耗时长且消解剂使用量大，而干灰法消解操作繁琐，检测数据的稳定性较差。本试验采用微波消解与ICP-MS联用的方式，探究对葡萄、龙眼、枸杞、山楂干等鲜、干果中8种无机元素含量的检测方法。结果显示，所检8种元素的检出限均低于GB 5009.268-2016《食品安全国家标准-食品中多元素的测定》，方法的精密度和准确度能满足GB/T 27404-2008《实验室质量控制规范》的要求，表明该方法较国标方法更灵敏且有广泛的适用性，能有效避免高糖分和高纤维对检测方法的干扰，具有操作简便、所需试样少、检出限低、线性范围广、定量准确等特点。

本试验对来自7个不同产地的葡萄样品中8种无机元素含量进行检测。结果发现，不同产地的葡萄中部分无机元素的含量接近，而部分无机元素的含量存在显著差异，这应与葡萄对土壤中各元素的吸收能力存在差异有关[16]。还有研究发现，葡萄中各无机元素含量与其产地的种植环境相关，种植环境的差异不仅会导致葡萄中各无机元素含量存在差异，同时也会给葡萄的果实品质、风味物质成分造成一定程度的影响[17-18]。试验结果表明，产地为辽宁和山东的葡萄果实中，铁、锰元素的含量比其他地区所产的葡萄高；产地为新疆、山东和云南的葡萄果实中，砷元素含量较高；而产地为四川和贵州的葡萄果实中，各无机元素含量较为接近。再一次证实了产地的差异会对葡萄果实中无机元素含量带来影响。

表2 葡萄中8种无机元素含量及方法学参数Table 2 Contents of inorganic elements in grape and the methodological parameters

表3 龙眼中8种无机元素含量及方法学参数Table 3 Contents of inorganic elements in longan and the methodological parameters

表4 枸杞中8种无机元素含量及方法学参数Table 4 Contents of inorganic elements in Lycium chinensis and the methodological parameters

表5 山楂干中8种无机元素含量及方法学参数Table 5 Contents of inorganic elements in hawthorn and the methodological parameters

表6 不同产地葡萄样品各无机元素含量Table 6 Contents of inorganic elements in grapes from different regions (μg/kg)

本方法能高效、准确地对葡萄中无机元素含量进行检测。在此前提下，通过加大对不同产地葡萄无机元素含量的检测，增加数据采集量，找出样品所在特定产区的特征参数，再通过指纹图谱、产地建模等技术手段，为葡萄的产地溯源提供技术支持[19-20]。