氟離子選擇性電極-標準加入法測定葡萄酒中氟

張東霞，喬元元，史寶明，白金源

(西京學院 理學院，陜西 西安，710123)

氟屬于鹵族元素，是元素周期表中電負性最大的元素。由于其高反應活性，氟以螢石(CaF2)或冰晶石(Na3AlF6)等化合物形態存在于自然界中。地下水中氟的質量濃度通常不超過1 mg/L[1]。早在1973年，世界衛生組織將氟列入14種必需的微量元素之一。氟主要通過消化道、呼吸道及皮膚接觸等途徑進入人體。

人體對氟的生理需要量很小，這樣小的計量很容易從環境中獲得，因而尚未發現人類有因缺氟而引起的疾病。但長期攝入過量的氟化物，會和其他對體內平衡必不可少的陽離子結合，有害人體健康。因此，氟化物的攝入應該得到控制。

飲料和食物是人體氟的主要來源。食物中氟的吸收率為50%～80%，飲料中的可溶性氟幾乎全部被小腸及胃吸收。酒精飲品中啤酒和葡萄酒中的氟含量最高[2]，而其流行程度及消費量也最高。因此，酒精飲品作為氟化物是進入人體的重要來源，在平衡飲食時需加以考慮。國際葡萄與葡萄酒組織(International Organisation of Vine and Wine，OIV)公布了2017年葡萄酒消費量，中國位居全球第四[3]。

葡萄酒中氟化物的來源是多方面的，其中主要來自灌溉水。葡萄園使用冰晶石作為殺蟲劑，也是促使葡萄酒中氟化物濃度增加的重要原因。在糖酵解途徑中，氟化鈉對丙酮酸激酶有抑制作用[4-5]，在葡萄酒制備過程中經常被用作添加劑以防止葡萄酒異常發酵。無機離子含量通常是葡萄酒產地的特征，與其他地區酒相比，高氟地區酒中氟化物含量較高[6]。使用氟硅酸鎂涂布的水泥發酵池將使葡萄酒中氟含量超過5 mg/L的上限[7]。在葡萄的種植和葡萄酒的釀造過程中，如果控制不當，過量的氟化物就會殘留在成品葡萄酒中，對人體健康造成危害。因此，檢測葡萄酒中氟化物的含量具有重要的意義。

氟離子選擇電極是測定氟離子濃度的主要方法，當電極浸入含氟溶液中，氟離子交換和擴散發生在膜/溶液界面產生膜電位，在一定條件下膜電位與氟離子活度呈線性關系。由于離子選擇電極法具有靈敏、快速、選擇性好等優點，相關應用研究還在不斷報道[8-11]。然而將此法直接應用于測定葡萄酒中氟含量，由于葡萄酒富含多種氨基酸、Fe、Se等人體所需的營養元素[12-15]，待測體系較為復雜，準確度和精密度會受到多種因素的影響。本研究選擇大眾消費的干紅葡萄酒和干白葡萄酒為實際樣品，研究了酸度、干擾離子和總離子強度調節緩沖劑(total ionic strength adjustment butter，TISAB)的影響，旨在建立一種快速、簡便葡萄酒中氟含量的測定方法，以評價葡萄酒消費中氟攝入量及其毒性風險。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試驗試劑

NaF，化學試劑廠生產；NaOH，河東區紅巖試劑廠生產；NaCl，天力化學試劑有限公司生產；冰醋酸，富宇精細化工有限公司生產。所用試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。

1.1.2 儀器與設備

pHS-3C型精密酸度計，上海大普儀器有限公司生產；PF-2-01型氟離子電極，上海儀電科學儀器股份有限公司生產；CHI 150型飽和甘汞電極，上海辰華儀器有限公司生產；79-1型磁力加熱攪拌器，天津鑫博得儀器有限公司生產。

1.1.3 溶液的配制

(1)NaF標準溶液

稱取1g NaF，在105 ℃下干燥4 h，冷卻溶解，定容至100 mL容量瓶，NaF標準溶液的質量濃度為10 mg/L。 由于氟化物與硅酸鹽玻璃反應生成四氟化硅和硅氟化物，因此NaF標準溶液貯于聚氯乙烯瓶中。

(2)TISAB I溶液

分別稱取58 g NaCl和29.4 g Na3C6H5O7·2H2O混合，溶于700 mL水；稱取10 g CDTA(反-1，2-環己二胺四乙酸一水)用6 mL 32%(體積分數)的NaOH溶液溶解，定容至50 mL容量瓶。將所得2種溶液混合，添加57 mL 的冰醋酸，并用32%的NaOH調節pH至5.5，冷卻定容至1 000 mL容量瓶，得到TISAB Ⅰ溶液。

(3)TISAB Ⅱ溶液

稱取204 g NaAc·3H2O溶于300 mL水中，加1 mol/LHAc溶液，調節pH至7.0，定容至500 mL容量瓶，得到3 mol/L NaAc溶液。稱取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。將所得2種溶液等量混合，即為TISAB Ⅱ溶液。

(4)TISAB Ⅲ溶液

1.2 分析方法

1.2.1 樣品準備

不同于紅葡萄酒，白葡萄酒在釀造過程中增加了果汁分離、皮渣壓榨及果汁澄清等處理工藝。分析的干紅葡萄酒和干白葡萄酒樣品均由市場購得。樣品1：張裕解百納干紅葡萄酒，煙臺張裕葡萄釀酒有限公司生產；樣品2：長城五星赤霞珠干紅葡萄酒，中國長城葡萄酒有限公司生產；樣品3：通化紅梅山葡萄酒，通化葡萄酒股份有限公司生產；樣品4：王朝霞多麗干白葡萄酒，中法合營王朝葡萄釀酒有限公司；樣品5：長城天賦葡園龍眼干白葡萄酒，中國長城葡萄酒有限公司生產；樣品6：張裕雷司令干白葡萄酒，煙臺張裕葡萄釀酒有限公司生產。

將葡萄酒過濾，貯于聚氯乙烯瓶，并做好標識，置于通風處，備用。

1.2.2 標準加入法

標準曲線法要求標準溶液和待測溶液的組成保持一致，不適合組成復雜的葡萄酒測定。采用標準加入法是將標準溶液加入到待測溶液中，能夠較好地消除試樣中其他組分對測定的影響。取6個50 mL容量瓶，做好標識，分別加入10 mg/L NaF標準溶液0、1、2、4、8、16 mL，各加入15 mL葡萄酒樣品，10 mL TISAB溶液，稀釋至刻度線，搖勻，轉移至100 mL聚氯乙烯燒杯中，以飽和甘汞電極作為參比電極、活化后的氟電極作為工作電極，在電磁攪拌下，以氟質量濃度由小到大的順序，測定各溶液的平衡電位值。根據測得數據繪制橫坐標為F-濃度(mg/L)，縱坐標為電位值(mV)的標準曲線，即為樣品空白標準曲線。

1.2.3 樣品測定

準確量取30 mL葡萄酒樣品于100 mL聚氯乙烯燒杯中，再加入10 mL TISAB溶液進行測定。根據樣本空白標準曲線得到葡萄酒樣品中氟含量。

2 結果與分析

2.1 總離子強度調節劑的選擇

與LaF3單晶反應的物質和能與F-配位的陽離子是干擾氟離子選擇電極測定的主要物質。在待測液中加入TISAB溶液的作用是掩蔽干擾離子、保持相對穩定的離子強度及維持溶液pH的恒定。

取葡萄酒樣品1，分別用3種不同的TISAB溶液，按照1.2.2實驗方法，平行測定3次，并計算相對標準偏差(RSD)，結果見表1。TISAB I溶液響應時間較短，具有最高的精密度。CDTA作為金屬掩蔽劑適用范圍廣且檸檬酸三鈉—冰醋酸可維持溶液pH恒定。故實驗方法選擇TISAB I溶液。

表1 總離子強度調節劑的選擇Table 1 Selection of TISAB

2.2 pH的影響

酸度是葡萄酒口感的重要組成部分，在發酵前的漿果和果汁中，這些酸包括酒石酸、蘋果酸和檸檬酸。釀造成為成品酒后，酒石酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸和琥珀酸逐漸增加。而溶液的酸度對測定有影響，當pH<4，發生反應：2F-+H+=HF++F-=HF2，降低了F-濃度。pH較高，發生反應：LaF3+3OH-=La(OH)3+3F-，使F-濃度偏高。對氟離子選擇電極法，最佳的測定酸度為pH 5～6。本研究通過加入10 mL TISAB I溶液，調節待測液pH至5.5，以保證測定結果的準確性。

2.3 葡萄酒樣品中氟含量及精密度測定結果

選擇TISAB I溶液，按照1.2分析方法測定葡萄酒樣品，平行測定6次。圖1為干紅葡萄酒測定結果。張裕解百納干紅葡萄酒平均氟含量(樣品1)為0.68 mg/L；長城五星赤霞珠干紅葡萄酒(樣品2)平均氟含量為0.90 mg/L；通化紅梅山葡萄酒(樣品3)平均氟含量為0.76 mg/L。圖2為干白葡萄酒測定結果。王朝霞多麗干白葡萄酒(樣品4)平均氟含量為0.91 mg/L；長城天賦葡園龍眼干白葡萄酒(樣品5)平均氟含量為0.81 mg/L；張裕雷司令干白葡萄酒(樣品6)平均氟含量為0.88 mg/L。所分析的葡萄酒符合質量標準，其氟離子質量濃度均未超過OIV規定1 mg/L 的最大限度，所得結論與文獻[12]中報道的從葡萄酒中攝取氟化物不會對消費者的健康構成風險基本相符。平行6次的測定結果的RSD為1.11%～4.44%，說明該法滿足測定氟含量的精密度要求。

圖1 干紅葡萄酒氟離子濃度測定結果(n=6)Fig.1 Average fluoride concentration in red wines

圖2 干白葡萄酒氟離子濃度測定結果(n=6)Fig.2 Average fluoride concentration in white wines

2.4 葡萄酒樣品加標回收率

取干紅葡萄酒和干白葡萄酒實際樣品進行加標回收率實驗，加標水平分別為0.5、1.0、1.5 mg/L，按照1.2分析方法平行測定6次，計算測得6種樣品的平均回收率為95.83%～106.67%，實驗結果見表2。

表2 加標回收實驗結果(n=6)Table 2 Results for recovery experiments (n=6)

3 結論

研究了TISAB對測定結果的影響，建立了組成復雜體系中氟的測定方法。用氟離子選擇電極—標準加入法測定實際葡萄酒樣品中的氟含量，準確度高且簡便快速，可在葡萄酒的微量元素監測方面推廣使用。