多种消化法-电感耦合等离子体质谱测定葡萄酒中4种金属元素

2017-11-02柯晓凤

福建轻纺 2017年9期

关键词：干法金属元素等离子体

柯晓凤

（福建省产品质量检验研究院，福建福州 350002）

多种消化法-电感耦合等离子体质谱测定葡萄酒中4种金属元素

柯晓凤

（福建省产品质量检验研究院，福建福州 350002）

文章采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行葡萄酒中铁、锰、钡和铜4种金属离子的定量测定，通过对比干法消化、微波消化和直接消化3种不同的前处理方法，建立了快速、可靠且稳定的葡萄酒中金属元素测定方法。通过比较葡萄酒金属元素含量的测定结果，结果表明，采用直接消化-电感耦合等离子质谱仪测定葡萄酒中金属元素的方法快速、简便且准确度高，适用于批量测定葡萄酒中金属元素的含量。

葡萄酒；干法消化；微波消化；直接消化；电感耦合等离子质谱仪；金属元素

1 概述

研究表明葡萄酒含有氨基酸、维生素以及多种人体必需的微量元素等营养物质[1-2]，如铁、锰、钡和铜等，对人体的生长发育及健康状况起着重要作用，具有延缓衰老，预防心脑血管疾病、预防癌症、美容养颜等功效。随着社会发展和人们生活水平的提高，在欧、美等地葡萄酒销量增加，近些年来，国内也掀起了葡萄酒热。

由于受种植土壤、农药、环境、酿酒过程中的所使用器具等的影响，葡萄酒中金属离子含量会偏高，从而影响葡萄酒的质量和稳定性[3-4]。因此准确快速地对葡萄酒中重金属进行定量分析显得十分重要。随着科技的发展，许多高灵敏度的元素分析技术得到了发展，目前应用于酒中的元素分析的方法主要有电化学分析法、原子吸收光谱法[5]、原子荧光法[6]、等离子体原子发射光谱法、色谱法[7]等。但是，这些方法中有的必须单元素逐一分析，速度较慢；有的方法虽然可以进行多元素分析，但是对于特定元素的灵敏度不够。

本文采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行葡萄酒中铁、锰、钡和铜4种金属离子的定量测定，通过对比干法消化、微波消化和直接消化3种不同的前处理方法，建立了快速、可靠且稳定的葡萄酒中金属元素测定方法。

2 材料与方法

2.1 仪器设备与试剂

2.1.1 仪器设备

电感耦合等离子体质谱仪（Agilent7700x，美国Agilent公司）；微波消解仪（Ethos T型，意大利Milestone公司）；超纯水机（Purelab flex，美国ELGA公司）；马弗炉(PHOENIX SAS，美国CEM公司)；电热板（厦门精艺兴科技有限公司）；试验所用的玻璃塑料器皿均用10%的硝酸浸泡过夜。

2.1.2 试剂

硝酸和高氯酸混合液（5∶1）；硝酸（优级纯）；标准物质：铁、铜、钡和锰（1000 mg/L，国家标准物质中心提供）。

2.2 试验部分

2.2.1 干法消化

取10.0mL样品于25mL 瓷坩埚中，在电热板中灼烧近干后，于马弗炉内 600℃下灼烧2h，取出坩埚，冷却后将样品转移至250mL锥形瓶中，用少许水湿润后，依次加入新配硝酸和高氯酸混合液（5∶1）30mL，去离子水30mL，加盖表面皿置于低于200℃的电热板上加热溶解，蒸发至约20mL体积时加入去离子水50mL，在电热板上微热10min取下。待溶液冷却后将溶液和沉淀全部转移至200mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀后静置48h以上。

2.2.3 微波消化

在消化罐中加入5mL20%硝酸后放入微波消解仪进行清洗，并重复清洗1次，然后取1mL样品于消化罐中，加5mL硝酸，放入微波消解仪进行消化，升温程序如表1，完毕后将样品溶液定容至50mL，摇匀。

2.2.3 直接消化

取1mL样品于50mL塑料容量瓶中，加入2mL 5%硝酸反应10min后定容摇匀。

2.2.4 仪器参数

电感耦合等离子体参数：采样深度8.0 mm；载气1.00L/min；补偿气0.00L/min；提取透镜10.00V；omega偏转电压-70V；omega透镜电压8.8V；碰撞池入口-40V；碰撞池出口-60V；氦气流量4.0mL/min；八级杆偏转电压-180 V；八级杆RF200 V；能量歧视5.0 V；反馈功率2W；射频功率1500W。

3 结果与讨论

3.1 样品前处理的比较

干法消化是金属元素检测中常用方法，其优点在于称样量大，对于混合不均匀不易消化的样品有很大的优势，仪器价值不高、检测成本低；缺点是耗时长，步骤繁复极易造成痕量元素的污染和损失。微波消解的前处理办法，可以有效避干法消化的操作繁琐以及可能对人体造成伤害的后果，样品在封闭的微波炉里进行消解，可有效防止样品损失，降低环境对样品的污染，同时通过操作软件对每一步消解条件进行量化，增加了试验的可重复性，对含量低的样品检测尤为重要；缺点是微波消化仪价值高耗材贵，要经常维修保养，成本高。直接消化法，优点事步骤简单，不容易污染，样品的平行性与回收率都很高；缺点是消化能力差，只适合固形物含量低的样品，如葡萄酒样等。

3.2 金属含量的测定

3.2.1 线性关系

配制铁、锰、钡和铜等4种金属元素线性标准溶液，在设定的仪器参数条件下进行测定，并绘制标准曲线，4种金属元素的线性范围、线性方程、相关系数及检测限如表2所示：

表1 微波消化样品升温程序表

表2 4种金属元素的线性范围、线性方程、相关系数及检测限

3.2.2 三种前处理方法的重复性比较

分别使用干法消化、微波消解和直接消化三种方法对红酒样品进行前处理，并使用ICP-MS对样品中铁、锰、钡和铜等4种金属元素进行测定。结果表明，采用直接消化法的样品相对标准偏差（n=5）小于干法消化与微波消化。采用干法消化、微波消化及直接消化测定金属元素的结果分别如表3、4、5所示：

表3 干法消化后测得的金属含量表（n=5）

表4 微波消化后测得的金属含量表（n=5）

表5 直接消化后测得的金属含量表（n=5）

3.3 加标回收实验

选用已知本底值样品，进行不同添加水平的加标回收试验。实验结果表明，3种前处理方法的准确度没有显著差异，均满足能检测要求。回收率结果见表6、表7、表8。

4 结论

微量元素是人体必需的营养成分，特别是葡萄酒中的微量元素（如铁、锰、钡和铜）对葡萄酒的质量具有较大的影响。重金属含量是目前食品安全研究的重点之一，所以寻找一种可以同时快速、简便地检测金属元素的方法具有重要意义。本文采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行葡萄酒中铁、锰、钡和铜4种金属离子的定量测定，通过试验比较干法消化、微波消化、直接消化三种样品前处理方法的优缺点，结果表明：直接消化的前处理方法具有快速、简便、准确度好、精密度高等优点，直接消化-电感耦合等离子质谱法适用于葡萄酒中铁、锰、钡和铜4种元素的批量检测。