不同前處理-石墨爐原子吸收光譜法檢測紅葡萄酒中鉛*

郭金英，李麗，任國艷，殷勇

(河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽，471003)

不同前處理-石墨爐原子吸收光譜法檢測紅葡萄酒中鉛*

郭金英，李麗，任國艷，殷勇

(河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽，471003)

對不同紅葡萄酒前處理方法進行了研究，建立了石墨爐原子吸收檢測紅葡萄酒中鉛含量的方法。紅葡萄酒分別用直接稀釋、蒸發濃縮、H2O2-HNO3消解、HClO4-HNO3消解和微波消解等5種前處理方法進行消化處理，以抗壞血酸，磷酸二氫銨，硝酸鎂，氯化鈀作為基體改進劑，研究選擇基體改進劑合適種類及用量，對石墨爐檢測法的測定條件進行研究。結果表明最佳基體改進劑為抗壞血酸，吸入量為5 μL。直接稀釋、蒸發濃縮、H2O2-HNO3消解、HClO4-HNO3消解和微波消解5種不同前處理的相對標準偏差5%左右，微波消解的RSD(%)為3.2。微波消解-石墨爐原子吸收光譜法檢測紅葡萄酒中鉛，該方法快速簡單、精密度和準確度高，是紅葡萄酒中鉛含量測定的理想方法。

石墨爐原子吸收，紅葡萄酒，微波消解，鉛

葡萄酒是一種廣泛的消費飲料，適量飲用有利于健康和長壽，有顯著的商業價值和社會價值[1］。但是當葡萄酒中金屬離子超過一定含量，不僅會引起酒的穩定性降低，質量下降，而且會對人體產生危害。鉛是食品衛生檢驗的重要指標之一，食品中鉛含量過高，能導致貧血、肝損害和神經失調。為此，國際食品法典委員會對食品中的鉛含量限定最高量為0.3 mg/kg[2］。我國也制定了食品中鉛的測定方法標準[3］，但葡萄酒中鉛的測定方法還缺乏國家標準。因此，建立紅葡萄酒中的微量元素鉛的測定方法，不僅有利于提高葡萄酒的質量，而且對保障人們身體健康具有重要的意義。目前，國內外對鉛污染測定方法主要有二硫腙比色法、氫化物原子熒光光譜法和原子吸收光譜法等[4-5］。火焰原子吸收光譜法和二硫腙比色法靈敏度較低，而且不利于排除干擾。由于葡萄酒基體復雜，含大量有機物、測定時干擾大，因而直接測定比較困難，結果準確性差。

葡萄酒基體復雜，鉛含量低，必須經過消化處理，即前處理后再進行測定[6］。在進行石墨爐原子吸收測定時，樣品前處理方法很多，有干法消化、濕法消化、微波消解、懸浮液進樣、濁點萃取、非完全消化和流動注射在線樣品處理等，對于一種樣品，都有其最適宜的消化方法。目前對檢測葡萄酒中金屬離子鉛的報道較少，對葡萄酒樣的前處理方法也各不相同，如左正運，劉達雄分別對葡萄酒樣用硝酸-高氯酸消解后用石墨爐原子吸收進行測定[7-8］;周麗加入硝酸后直接用石墨爐原子吸收測定葡萄酒中鉛[9］;王利民用石墨爐原子吸收法直接測定葡萄酒中鉛[10］。HNO3消解法適用于較清潔的樣品。HNO3-HClO4消解樣品可有效破壞樣品中含有的有機物，但是污染環境，容易發生爆炸。微波消解具有提高反應速率、縮短樣品制備時間、可控制反應條件、減少對環境的污染、改善實驗人員的工作環境等優點。本研究以紅葡萄酒為材料，對葡萄酒前處理方法、基體改進劑種類和使用量以及石墨爐檢測法的測定條件進行研究，以建立用石墨爐原子吸收光譜法測定紅葡萄酒中鉛含量的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

長城干紅葡萄酒，中糧長城葡萄酒(煙臺)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 試劑與儀器

鉛標準溶液，抗壞血酸，磷酸二氫銨，Mg(NO3)2，氯化鈀，以上試劑均為分析純。高氯酸、硝酸為優級純。

AA700型原子吸收光譜儀，AS800型自動進樣器，美國Perkin Elmer公司;MDS-6型微波消解儀，上海新儀微波化學科技公司。

1.2.2 預處理

玻璃儀器首次使用均先用10%的硝酸溶液浸泡24 h以上，接著用水反復沖洗，再用去離子水沖洗，最后烘干備用[11］。為了避免玻璃器皿上金屬離子的附著，每次試驗前先用1%硝酸煮沸至1 h，再用水沖洗10遍左右，去離子水沖洗5遍，放在烘箱內烘干后備用。

1.2.3 樣品前處理

1.2.3.1 直接稀釋法

準確吸取5 mL的紅葡萄酒于25 mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容至刻度，樣品搖勻后待測。

1.2.3.2 蒸發方法

準確吸取5 mL紅葡萄酒于50 mL小燒杯中，放在可調電加熱板上45℃加熱，直至葡萄酒樣品中的酒精趕盡。將殘余物移入25 mL容量瓶中，用去離子水沖洗小燒杯3次，合并于容量瓶中，定容至刻度，待測。同時做試劑空白。

1.2.3.3 過氧化氫-硝酸混合消解

準確吸取5 mL紅葡萄酒于凱氏定氮瓶中，加入1 mL濃硝酸，在凱氏定氮瓶口蓋上漏斗，放在可調溫度的電爐上加熱至紅葡萄酒由紅色變為黃色，取下并放置2 min，再加入4 mL濃硝酸和1 mL過氧化氫，繼續加熱直到濃棕色煙至黃色、淡黃色，煙冒盡時停止。取下放置至室溫，用去離子水反復沖洗3次，定容至25 mL，待測。同時做試劑空白。

1.2.3.4 高氯酸-硝酸混合消解

準確吸取5 mL紅葡萄酒于凱氏定氮瓶中，加入2.5 mL濃硝酸，加熱至不再冒棕色煙后，取下，放置2 min。再加入4 mL硝酸與1 mL高氯酸，繼續加熱，待白煙冒盡，用少量0.5%硝酸稀釋白色灰化物，接著反復沖洗3次，定容至刻度，待測。同時做試劑空白。

1.2.3.5 微波消解

準確吸取5 mL的紅葡萄酒置于微波消解罐中，加入4 mL硝酸，放在電熱加熱板上，150℃條件下消解30 h，取下放至室溫，再加入1 mL的過氧化氫和2 mL的濃硝酸，加蓋密封，放入微波消解儀中，按表1工作條件消解完后，取出冷卻至室溫，轉入25 mL容量瓶中，用少量去離子水多次沖洗消解罐，定容至刻度。待試樣澄清后，進行測定。同時做空白試驗。

表1 微波消解儀消解條件

1.2.4 石墨爐升溫程序

石墨爐原子吸收檢測經過干燥、灰化、原子化和除殘4個階段。對干燥階段的升溫方式、升溫時間、干燥溫度，灰化階段和原子化階段的升溫時間和溫度進行研究。具體設計如表2～表4所示。

表2 干燥階段的設計

表3 灰化階段的設計

表4 原子化階段的設計

1.2.5 基體改進劑的優化選擇

以磷酸二氫銨、抗壞血酸、Mg(NO3)2和氯化鈀作為基體改進劑，對基體改進劑的種類和用量進行研究。

1.2.6 標準曲線的制作

采取自動進樣器進行標準曲線系列溶液的配制，使用電腦軟件進行標準曲線的自動生成。1mg/L的鉛標準溶液，采用0.5%的硝酸為稀釋劑進行稀釋。進樣量設定見表5。

表5 進樣量設定

1.2.7 分析結果的計算與表述

葡萄酒樣中鉛含量按下式計算:

式中:X為試樣中鉛含量，μg/mL;c1為測定樣液中鉛含量，μg/mL;c0為空白液中鉛含量，μg/mL;V為試樣消化液定量總體積，mL;V1為試樣體積，mL。

1.2.8 精密度與加標回收率

用上述幾種不同的前處理方法處理紅葡萄酒，計算平均值及精密度。用相對標準偏差Sr表示精密度[15］，其中 Sr計算公式為:Sr/%=(δ/A)×100

式中:δ為標準偏差，是從樣品的多次測定值得出，A為3次測定樣品溶液的平均吸光度。加入20μg/mL Pb標準液，進行加標試驗，測定其含量并計算加標回收率。

1.2.9 統計分析

2 結果與分析

2.1 燈電流優化

在相同的條件下，改變燈電流，測得0.2 μg/mL鉛使用液的吸光值。從圖1中可以看出燈電流為13 mA的時候吸光值最大。為此，選擇13 mA為本試驗的最佳燈電流。

圖1 燈電流對鉛吸光值的影響

2.2 石墨爐升溫程序的優化

2.2.1 干燥階段優化

在相同的條件下分別改變干燥溫度、干燥斜坡時間、干燥維持時間，測定0.2 μg/mL鉛液的吸光值。由圖2可知干燥溫度在90℃時鉛液的吸光值最低，隨著溫度升高吸光值增大，在110℃下鉛的吸光值最大。由圖3可知，干燥斜坡升溫時間10 s時，鉛吸光值最高。由圖4可知，干燥維持時間15 s時，液吸光值最大，在20～30 s之間趨于平滑。因此本試驗選擇最佳干燥溫度為110℃，干燥斜坡時間為10 s，干燥維持時間為15 s。

圖2 干燥溫度對鉛吸光值的影響

圖3 干燥斜坡時間對鉛吸光值的影響

圖4 干燥維持時間對鉛吸光值的影響

2.2.2 灰化階段優化

對灰化階段的灰化溫度、灰化斜坡升溫時間、灰化維持時間進行了研究，結果見圖5～圖7。從圖5可知灰化溫度在900℃時，同一濃度鉛標準試樣吸光值最大，檢測信號最好。灰化斜坡升溫時間5 s(圖6)和灰化維持時間20 s時(圖7)吸光值最大。所以本試驗選擇900℃為最佳灰化溫度、5 s為最優灰化斜坡升溫時間、20 s為最適宜的灰化維持時間。

圖5 灰化溫度對鉛吸光值的影響

圖6 灰化斜坡時間對鉛吸光值的影響

圖7 灰化維持時間對鉛吸光值的影響

2.2.3 原子化階段優化

對石墨爐原子化溫度、原子化斜坡升溫時間、原子化維持時間進行了研究。由圖8可知，當原子化溫度在1800～2000℃時，鉛的吸光值隨著溫度的升高變化不大，溫度達到2400℃時吸光度為最大，靈敏度最高。所以選擇2400℃為最佳原子化溫度。由圖9可知，原子化階段的斜坡升溫時間為0 s時，鉛的吸光值最大，靈敏度最高，本試驗選擇0 s作為原子化階段的最佳梯度升溫時間。由圖10可知，原子化階段的維持時間對吸光值有一定的影響，當維持時間為3 s時吸光值最大，選擇3 s作為原子化階段的最佳維持時間。

圖8 原子化溫度對鉛吸光值的影響

圖9 原子化斜坡升溫時間對鉛吸光值的影響

圖10 原子化維持時間對鉛吸光值的影響

2.3 基體改進劑

2.3.1 基體改進劑的選擇

從圖11中可以看出:使用基體改進劑抗壞血酸、磷酸二氫銨時，鉛的吸光值明顯大于硝酸鎂和氯化鈀，且使用基體改進劑抗壞血酸時背景干擾消除充分。因此選擇抗壞血酸做為最佳基體改進劑。

圖11 基體改進劑對鉛吸光值的影響

2.3.2 基體改進劑進樣量的選擇

由圖12可以看出隨著基體改進劑用量的增加，吸光值增大，當加入的基體改進劑為5 μL時吸光值達到一個高峰。以后隨著加入改進劑用量的增大，吸光值逐漸減小。因此，選擇加入基體改進劑的最佳進樣量為5μL。

2.4 精密度與加標回收率

用5種不同前處理方法處理葡萄酒，并進行加標試驗，檢測加標前后樣品鉛含量，計算精密度及加標回收率，結果見表6。

圖12 基體改進劑用量對鉛吸光值的影響

表6 5種前處理方法精密度與加標回收率比較(±SD，n=3)

表6 5種前處理方法精密度與加標回收率比較(±SD，n=3)

/%直接稀釋不同前處理方法樣品測得值/(ng·mL-1) RSD/% 加標值/(ng·mL-1)加標后測得值/(ng·mL-1) 加標回收率16.67±1.154.220.0035.80±2.2395.65±8.31蒸發濃縮 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為3.2%，是5種方法中相對標準偏差最小的，表明其波動小，穩定性強。加標回收率為99.70%，準確度高。

3 討論

3.1 樣品前處理方法

原子吸收光譜法測定金屬離子時對樣品的前處理方法有許多種，灰化法[12-13］、壓力溶彈法[14］、蒸發濃縮[15］、濕法消解、分離富集等。過氧化氫-硝酸混合消解和高氯酸-硝酸混合消解都屬于濕法消解，只是用的混合酸不一樣。國標中的濕式消解雖然與本試驗中高氯酸-硝酸混合消解法中用的混合酸是一樣的，不過國標濕式消解消化樣品需要用酸浸泡12 h，耗費的時間長，而本試驗中的混酸消解的時間短，不到1h。直接稀釋與蒸發濃縮處理葡萄酒樣與混酸消解、微波消解相比省時、環境污染少、操作簡單、被測鉛離子損失小，但是干擾比較大，影響測定結果。微波消解與混酸消解相比樣品消解快、試劑耗用量少、空白值低、靈敏度高、避免揮發損失和回收完全。

3.2 燈電流和石墨爐升溫程序

石墨爐原子吸收光譜法進行元素測定時，由于檢測對象不同，檢測同一元素的最佳條件也不同。空心陰極燈增大燈電流，能增加正離子轟擊和碰撞次數，使得陰極的濺射程度加劇從而提高激發效率，引起共振輻射強度加大[16］。但是隨著燈電流的增大，激發效率過大，吸光值會逐漸減小，并且當燈電流太大的時候又會影響燈的使用壽命，所以選擇佳測定鉛離子的燈電流13mA。

灰化過程的主要目的是除去待測樣品中的基體物質，進而減少或者消除對原子化階段中被測元素的干擾。如果把原子化過程看作是最后的檢測過程，那么灰化階段就是最終的前處理過程，而灰化過程很大程度上就決定著原子化過程的效果。對于原子化溫度的選擇，鉛需要的原子化溫度較高，但是過高的溫度會造成石墨管的壽命縮短，從而使得試驗在沒有結束前就需要更換石墨管，進而對試驗的重復性不利[17］。因此石墨爐原子吸收測定紅葡萄酒中鉛時的石墨爐升溫程序參數為:干燥溫度110℃、干燥斜坡時間10s、干燥維持時間15s;灰化溫度900℃、灰化斜坡升溫時間5s、灰化維持時間20s;原子化階段的原子化溫度為2400℃、最佳梯度升溫時間0s、原子化階段維持時間3 s。

3.3 基體改進劑

基體改進劑使用種類和方法在不同研究中均不一樣。蒙若蘭等認為硝酸鎂-硝酸鈀做為基體改進劑能提高鉛的熱穩定性和降低基體及共存元素的影響，對提高儀器分析的靈敏度和精確度均有明顯的效果[18］;王會存等用鈀-硝酸鎂為基體改進劑有效降低高鹽食品中的基體干擾[19］;王立等用多組份混合做為基體改進劑，運用石墨爐原子吸收法測定全血中鉛[20］。但是葡萄酒中鉛的測定是一種復雜基體中的元素痕量分析，對于這樣的分析，消除基體干擾和試劑空白是測定得出良好的準確度和精密度的重要因素。對幾種常見的改進劑進行了研究對比，表明測定紅葡萄酒中鉛離子時消除干擾的最佳基體改進劑是抗壞血酸，其最佳用量為5μL。

4 結論

用石墨爐原子吸收光譜法檢測紅葡萄酒中鉛含量，微波消解快速簡單、測定精密度和準確度較高，是較理想的紅葡萄酒前處理方法。檢測的最佳測定條件為干燥溫度110℃、干燥斜坡時間10 s、干燥維持時間15 s;灰化溫度900℃、灰化斜坡升溫時間5 s、灰化維持時間20 s;原子化階段的原子化溫度為2400℃、最佳斜坡升溫時間0 s、原子化階段維持時間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。

*河南科技大學博士科研啟動基金(2006050)，河南省教育廳自然科學研究計劃項目(2011A330001)，河南科技大學實驗技術開發基金項目(SY0809048)，河南科技大學青年科研基金(2007QN013)項目資助

2012-01-05，改回日期:2012-04-24