微波消解-ICP-MS法測定葡萄等果實中的8種無機元素

張鑫，胡萬林，韓夢莎，田佳鑫，姜孝茍

（中國貴州茅臺酒廠（集團）有限責(zé)任公司，貴州仁懷 564501）

葡萄是常見釀酒原料，作為一類植物源食品，從種植、管理、施肥、采摘、運輸?shù)冗^程中都可能會帶來重金屬污染，影響其品質(zhì)安全。隨著釀酒產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，龍眼、枸杞、山楂等果實也廣泛成為配制酒的生產(chǎn)原料。因此，對果實類樣品中無機元素含量的測定，有利于保障以此類果實為原料的產(chǎn)品品質(zhì)安全[1-3]。

當前用于檢測樣品中無機元素的方法主要有：原子吸收法、原子熒光法和電感耦合等離子體（ICP）法。其中，電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）將電感耦合等離子體的高溫電離特性與四極桿質(zhì)量分析器快速靈敏掃描的優(yōu)點結(jié)合，相較其他檢測方法而言，具有高靈敏度、低檢出限、寬檢測質(zhì)量范圍和動態(tài)線性范圍的特點，分析過程中干擾少且容易消除，可以同時對多種元素進行定量分析。在選用高精度、高靈敏度的儀器進行分析檢測時，樣品的前處理往往會對檢測結(jié)果帶來影響。因此，選用合適的前處理方法，可提高分析方法的準確度。無機元素檢測常用的前處理方法有干灰法消解、濕消解法和微波消解法。相較前兩者而言，微波消解法具有操作簡便，消解效率高，穩(wěn)定性好，回收率高，通用性較好的特點。綜上，本試驗選用微波消解法作為待測樣品的前處理方法。

目前，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對單一樣品中多種無機元素含量進行檢測的報道較多[4-8]，但對檢測方法通用性的研究較少。采用微波消解與ICP-MS聯(lián)用的方法，選用He碰撞模式，建立能同時測定葡萄、龍眼、枸杞和山楂干中錳、鐵、鈷、砷、硒、鉬、鎘和鉛8種無機元素快速、準確的分析方法，以期為此酒類生產(chǎn)、加工原料的品質(zhì)安全和質(zhì)量控制提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 樣品

網(wǎng)購云南、新疆、山東、陜西、遼寧、四川和貴州7個不同產(chǎn)地的葡萄，冷鏈運輸，-4℃冷藏待用；網(wǎng)購龍眼、枸杞、山楂干果冷藏待用。

1.1.2 試劑

硝酸（工藝超純）購自國藥集團；混合標準物質(zhì)Part#5183-4688、調(diào)諧液（Ce，Co，Li，Mg，Y）1 μg/mL、在線內(nèi)標液均購自安捷倫科技（中國）有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），美國安捷倫公司；Mars6微波消解儀，CEM儀器有限公司；3205勻漿機，BRAUN公司；WND-200植物粉碎機，浙江佛能達電器有限公司；AR2140精密電子天平，梅特勒公司；BHW-09C20趕酸儀，博通化學(xué)科技有限公司；Aquaplore超純水系統(tǒng)，重慶頤洋科技發(fā)展有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 標準溶液的配制及內(nèi)標溶液的選擇

標準溶液：逐級稀釋先用2% HNO3溶液將含有Mn、Fe、Co、As、Se、Mo、Cd、Pb元素的混標儲存液稀釋成中間液。高濃度元素（Mn、Fe）濃度為10 000 μg/L、低濃度元素（Co、As、Se、Mo、Cd、Pb）濃度為100 μg/L，再將中間液用2%的HNO3溶液稀釋成低濃度元素的質(zhì)量濃度為5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L，高濃度元素質(zhì)量濃度為500.0、1000.0、2000.0、5000.0 μg/L的混標工作溶液，供儀器測定。

內(nèi)標溶液：為避免基質(zhì)干擾造成儀器檢測信號發(fā)生飄逸，影響方法準確性。試驗選用內(nèi)標法對此干擾進行消除。選擇的內(nèi)標元素應(yīng)該異于待測元素且與待測元素的質(zhì)量數(shù)相近。根據(jù)待測元素的原子量分布，試驗選用：45Sc作為待測元素55Mn、56Fe的內(nèi)標，72Ge作為測定元素59Co、75As和78Se的內(nèi)標，115In作為測定元素95Mo、111Cd的內(nèi)標，209Bi作為測定元素208Pb的內(nèi)標。根據(jù)國際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）規(guī)定，對消解后的空白試樣測定11次，通過計算得出方法檢出限與定量限。

1.3.2 消解溫度的選擇

試驗選用170、185、200 ℃三個消解溫度，對同批次樣品進行消解試驗，觀察樣品消解效果。

1.3.3 消解試劑的選擇

結(jié)合消解試劑的特點和待測樣品的類型，選用氧化性強和熱穩(wěn)定性較好的硝酸溶液作為消解試劑。

1.3.4 樣品處理方法

對待測樣品進行粉碎或勻漿處理，準確稱取0.5 g樣品置于消解管中，加入合適的消解試劑，待樣品進行充分預(yù)消解后。將其置于微波消解儀中，選擇合適的消解溫度，使待測樣品被充分消解。完畢后，待消解管冷卻至室溫，將其轉(zhuǎn)移到趕酸儀中將消解試劑趕至近干后，用2%硝酸溶液將消解管多次洗滌并轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容，待測。

1.3.5 儀器工作條件的選擇

以靈敏度、氧化物和雙電荷比例作為優(yōu)化儀器條件的考察指標，通過設(shè)置自動調(diào)諧程序，選用濃度為1 μg/mL的調(diào)諧溶液對儀器進行自動調(diào)諧，優(yōu)化了載氣流量、射頻功率等ICP-MS的重要工作參數(shù)。試驗采用碰撞/反應(yīng)模式（KED）消除多原子離子和同量異位數(shù)對檢測結(jié)果的干擾，對KED模式中碰撞氣流量進行了單因素優(yōu)化試驗：以0.2 mL/min的變量來調(diào)整碰撞氣流量，從0.2 mL/min調(diào)節(jié)至3.0 mL/min，觀察不同條件下的信背比變化情況，選出合適的碰撞氣流量。

1.3.6 方法學(xué)驗證

采用同一檢測方法分別對葡萄、龍眼、枸杞和山楂干中8種無機元素含量進行檢測，同時對相關(guān)方法學(xué)參數(shù)進行驗證。

1.4 計算公式

樣品中各無機元素含量的計算公式如下：

X＝(C×V)/M

X：樣品中無機元素的含量（μg/kg）；C：待測樣品中無機元素的含量（μg/L）；V：樣品消解后的稀釋體積（mL）；M：樣品質(zhì)量（kg）。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法的線性范圍及檢出限

系列標準工作溶液經(jīng)調(diào)試后的ICP-MS檢測得到各待測元素對應(yīng)信號的響應(yīng)值。測得各元素標準曲線線性范圍、相關(guān)系數(shù)R、方法檢出限、定量限及所選內(nèi)標元素，如下表1所示。

2.2 消解溫度的選擇

試驗結(jié)果顯示，當消解溫度為170 ℃時，樣品不能被完全消解。而當消解溫度為185 ℃和200 ℃時，樣品能被消解完全。因此，本試驗選擇185 ℃為樣品消解溫度。

2.3 儀器參數(shù)的選擇

儀器信背比與碰撞氣流量的變化關(guān)系（圖1）。圖1所示，隨著碰撞氣流量的增加，信背比呈先增后減的趨勢，當碰撞氣流量為2.6 mL/min時，信背比達到最大。因此，試驗選擇碰撞氣流量為2.6 mL/min。

經(jīng)自動調(diào)諧和單因素試驗優(yōu)化后得到試驗選用的ICP-MS工作參數(shù)如下：射頻功率，1550 W；載氣（Ar）流速，1.01 L/min；等離子氣流速，15.0 L/min；碰撞氣（He）流量，2.6 mL/min。儀器采用石英霧化室，鎳采樣錐和鎳截取錐。

2.4 方法學(xué)驗證

分別對葡萄、龍眼、枸杞、山楂干中8種無機元素含量進行檢測。各待測樣品中元素含量、標準偏差及加標回收率見表2～表5。

由表2可見：各待測元素標準偏差分布于2.8%～11.4%，三水平加標回收率分布于89.8%～117.2%之間。表明本方法可用于檢測葡萄類漿果中8種無機元素含量，且精密度、準確度良好。

由表3可見：各待測元素標準偏差分布于1.8%～10.0%，三水平加標回收率分布于84.3%～112.8%之間。表明本方法可用于檢測龍眼類含糖量高的樣品，且精密度、準確度良好。

圖1 信背比與碰撞氣流量的關(guān)系Figure 1 Relationship between SBR and flow rate of collision gas

表1 方法的線性范圍及檢出限（n＝11）Table 1 The linear ranger and detection limit of the method（n＝11）

由表4可見：各待測元素標準偏差分布于1.8%～6.6%，三水平加標回收率分布于83.8%～109.6%。表明本方法可用于檢測枸杞類干果樣品，且精密度、準確度良好。

由表5可見：各待測元素標準偏差分布于2.7%～5.8%，三水平加標回收率分布于87.8%～108.9%之間。表明本方法可用于檢測山楂干類纖維質(zhì)含量高的樣品，且精密度及準確度良好。

對7個不同產(chǎn)地的葡萄樣品中無機元素含量進行測定。表6結(jié)果可見，不同產(chǎn)地葡萄樣品的鎘、鉛元素的含量水平接近，均符合GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》，也滿足多國及地區(qū)葡萄重金屬污染的限量標準[10-11]要求。有關(guān)研究表明，鉛、鎘元素主要富集在葡萄的根莖，果實中重金屬風(fēng)險較低[9]，試驗的檢測結(jié)果較好地印證該研究結(jié)論。相較于鉛、鎘元素，樣品中錳、鐵元素的含量差異較大，該現(xiàn)象應(yīng)與當?shù)氐姆N植條件和葡萄品種的差異有關(guān)[12-15]。

3 討論與結(jié)論

原子吸收對樣品中多種無機元素含量進行測定時，需依次進行單元素測定，步驟繁瑣耗時長。濕法消解耗時長且消解劑使用量大，而干灰法消解操作繁瑣，檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性較差。本試驗采用微波消解與ICP-MS聯(lián)用的方式，探究對葡萄、龍眼、枸杞、山楂干等鮮、干果中8種無機元素含量的檢測方法。結(jié)果顯示，所檢8種元素的檢出限均低于GB 5009.268-2016《食品安全國家標準-食品中多元素的測定》，方法的精密度和準確度能滿足GB/T 27404-2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范》的要求，表明該方法較國標方法更靈敏且有廣泛的適用性，能有效避免高糖分和高纖維對檢測方法的干擾，具有操作簡便、所需試樣少、檢出限低、線性范圍廣、定量準確等特點。

本試驗對來自7個不同產(chǎn)地的葡萄樣品中8種無機元素含量進行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的葡萄中部分無機元素的含量接近，而部分無機元素的含量存在顯著差異，這應(yīng)與葡萄對土壤中各元素的吸收能力存在差異有關(guān)[16]。還有研究發(fā)現(xiàn)，葡萄中各無機元素含量與其產(chǎn)地的種植環(huán)境相關(guān)，種植環(huán)境的差異不僅會導(dǎo)致葡萄中各無機元素含量存在差異，同時也會給葡萄的果實品質(zhì)、風(fēng)味物質(zhì)成分造成一定程度的影響[17-18]。試驗結(jié)果表明，產(chǎn)地為遼寧和山東的葡萄果實中，鐵、錳元素的含量比其他地區(qū)所產(chǎn)的葡萄高；產(chǎn)地為新疆、山東和云南的葡萄果實中，砷元素含量較高；而產(chǎn)地為四川和貴州的葡萄果實中，各無機元素含量較為接近。再一次證實了產(chǎn)地的差異會對葡萄果實中無機元素含量帶來影響。

表2 葡萄中8種無機元素含量及方法學(xué)參數(shù)Table 2 Contents of inorganic elements in grape and the methodological parameters

表3 龍眼中8種無機元素含量及方法學(xué)參數(shù)Table 3 Contents of inorganic elements in longan and the methodological parameters

表4 枸杞中8種無機元素含量及方法學(xué)參數(shù)Table 4 Contents of inorganic elements in Lycium chinensis and the methodological parameters

表5 山楂干中8種無機元素含量及方法學(xué)參數(shù)Table 5 Contents of inorganic elements in hawthorn and the methodological parameters

表6 不同產(chǎn)地葡萄樣品各無機元素含量Table 6 Contents of inorganic elements in grapes from different regions (μg/kg)

本方法能高效、準確地對葡萄中無機元素含量進行檢測。在此前提下，通過加大對不同產(chǎn)地葡萄無機元素含量的檢測，增加數(shù)據(jù)采集量，找出樣品所在特定產(chǎn)區(qū)的特征參數(shù)，再通過指紋圖譜、產(chǎn)地建模等技術(shù)手段，為葡萄的產(chǎn)地溯源提供技術(shù)支持[19-20]。