新疆紅地球葡萄果實不同部位12種無機元素分析*

柴慶偉，李宏業

（1.烏魯木齊市農產品質量安全檢測中心，新疆 烏魯木齊 830000；2.石河子工程職業技術學院）

葡萄是世界上栽培最廣泛的水果之一。葡萄味道鮮美，富含多種營養物質和生物活性物質，如氨基酸、維生素、花青素等，深受人們的喜愛。新疆是我國著名的葡萄產區之一，氣候、地理條件獨特，適合種植葡萄。據《中國統計年鑒2018》，2017年新疆葡萄產量249.27萬t，占全國總產1 308.30萬t的19.05%[1]。葡萄產業在新疆經濟發展中發揮了巨大作用?！懊褚允碁樘?，食以安為先”。無論是鮮食葡萄，還是加工用葡萄，食用的前提是要保證安全。除農藥殘留以外，無機元素中的重金屬含量也是葡萄食用安全評價的一項重要指標。對葡萄果實進行無機元素檢測分析，不僅有助于人們全面了解葡萄的保健功效，同時也可以對葡萄果實中的重金屬含量進行安全風險評估。目前測定葡萄及其制品中無機元素的方法主要有原子吸收光譜法[2]和電感耦合等離子體質譜法[3-4]。但采用微波消解-電感耦合等離子體質譜法，同時測定葡萄果實不同部位的多種元素含量的研究情況，目前未見有報道。本研究使用的樣品前處理方式是微波消解，檢測方法采用ICP-MS法同時測定了葡萄果皮、果肉和果籽中12種常量元素、微量元素和重金屬元素的含量，以期為葡萄果實的初深加工提供理論指導，為葡萄果實的營養物質利用和安全風險評估提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

葡萄果實由新疆農墾科學院林園研究所提供。

多元素的混合標準溶液（包含Na、K、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Hg等金屬及類金屬元素，混合標準溶液中各元素的儲備液及標準曲線梯度濃度見表1）；內標元素主要包含Li、Ge、Y、In、Re（其元素濃度均為1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；硝酸、過氧化氫（優級純，國藥集團有限公司）；質譜調諧液（Li、Co、In、U、Ba、Ce其元素濃度均為1.0 μg/L，美國賽默飛世爾科技公司）。

表1 混合標準儲備液濃度和混合標準溶液標準曲線中不同點濃度

儀器設備：電感耦合等離子體質譜儀（美國賽默飛世爾科技公司，型號X -SeriesⅡ）；超純水儀（美國密里博公司，型號Milli -Q）；微波消解儀（美國CEM公司，型號MARS -6）；電子天平（德國賽多利斯科技有限公司，型號SQP）；敞開式電加熱恒溫爐（東方科創生物技術有限公司，型號EHD-24）。

1.2 樣品前處理過程

首先準確稱取2 g（精確至0.001 g）葡萄果皮、果肉和果籽樣品置于含有聚四氟乙烯的消解罐中，然后加入2 mL雙氧水和8 mL硝酸，再將消解罐放于電熱恒溫爐中，在100 ℃條件下加熱20 min進行預消解處理。預消解過程結束后將消解罐取出，消解罐在室溫進行冷卻后，蓋上消解罐蓋，轉移至微波消解儀中按消解程序進行消解。消解程序設置為起始溫度120 ℃并保持5 min；升溫速率設置為6 ℃/min，升溫至150 ℃并保持5 min。下一步升溫速率設置為6 ℃/min，升溫至180 ℃并保持20 min。微波消解過程完成后，待消解罐冷卻至室溫，將其敞口置于電加熱恒溫爐中，在100 ℃條件下加熱（趕酸）至消解液余量約為1 mL時，用少量超純水沖洗消解罐3次，將消解液、洗滌液合并轉至25 mL容量瓶或比色管，用超純水定容，待測。同時做樣品空白。

1.3 內標及多元素標準溶液配制

移取適量內標標準溶液，采用5%的硝酸溶液，進行稀釋，最終稀釋至濃度為10 ng/mL的內標標準混合溶液。移取適量的多元素混合標準液，用5%的硝酸溶液稀釋，得到多元素系列標準混合溶液。多元素混合標準溶液的校準曲線中各濃度點如表1所示。

1.4 樣品的測定

用ICP-MS儀的標準調諧液，對儀器進行調諧，得到優化后的儀器參數，儀器檢測的靈敏度條件、氧化物條件、分辨率條件等各項指標滿足檢測方法的規定要求。對待測樣品溶液進行上機檢測過程中，應同時引入稀釋好的內標標準溶液進行內標法校正。檢測的參考儀器條件：射頻功率為1 550 W；等離子體流速14 L/min；霧化室溫度3 ℃；霧化氣流速0.8 L/min；采樣錐和截取錐均為Ni錐；采樣深度為5 mm；碰撞氣為Ar氣（純度＞99.999%）；泵速為40 r/min；流速為4.2 mL/min；保留時間0.02 s；采集重復次數3次。設置檢測方法序列，分別檢測多元素混合校準曲線溶液、空白樣品被測液、樣品被測液、加標樣品被測液，選擇扣背景方式，扣除背景吸收，通過公式計算，得到被測樣品中各元素的含量。

2 結果與分析

2.1 實驗條件選擇

2.1.1 樣品前處理

元素分析中被測樣品的前處理方法主要包括：干灰化法、濕法消解法及微波消解法等。干灰化法的前處理方法具有前處理過程較為復雜、并且樣品的交叉污染的風險大等缺點，一般不作為常用前處理方法。濕法消解法在前處理過程中，也存在使用的試劑量較大，消解過程比較慢，由酸液引入的干擾也比較大等缺點。與之相比采用微波消解法前處理具有效率高，試劑使用量少，且前處理過程污染風險也較小等優點，在食品基質樣品的檢測前處理過程中也應用更為廣泛。

葡萄果皮、果肉和果籽樣品中加入消解液，先在較低溫度條件下預消解，然后再經微波消解儀梯度升溫充分消解。由于葡萄果皮、果肉和果籽中含有較多碳水化合物（有機物質），因此，樣品消解過程加入了過氧化氫和硝酸，采用微波消解法。利用硝酸的強酸性、強氧化性特點（過氧化氫為輔助消解試劑），在樣品消解過程中可更有效的氧化樣品中有機物質。通過實驗對比得出，新鮮樣品的稱樣量2 g左右時，加2 mL過氧化氫和8 mL的硝酸，就能夠將樣品消解徹底。

2.1.2 被測元素中選擇同位素的原則

選擇被測元素在自然界中豐度最高的同位素，且保證不受其他元素的干擾或干擾少。本檢測方法中，被測元素鐵元素豐度最高的同位素為56Fe，由于氧氣和氬氣加和后（16O+40Ar）的質荷比與56Fe一致，因此本方法使用豐度次高的57Fe。本方法測定的其余元素，都使用豐度最高的同位素。

2.1.3 內標校正法及選擇的內標元素

由于本實驗使用的葡萄果皮、果肉以及果籽樣品，其有機物含量高、基質比較復雜，樣品檢測過程中易產生基體效應，會對被測元素發生抑制作用。通過采用內標法，對基體效應具有補償校正作用，因此本研究采用內標校正法。選擇的內標校正元素有185Re、115In、89Y、73Ge、7Li。當測定23～39質量數的待測元素時，使用7Li內標元素；當測定52～75質量數的待測元素時，使用73Ge內標元素；當測定82質量數的待測元素時，使用89Y內標元素；當測定111～202質量數的待測元素時，使用115In內標元素。選擇這些元素為內標校正體系，對多元素混合標準溶液、樣品空白被測液、樣品被測液、樣品加標被測液依次進行檢測，可以對葡萄果皮、果肉和果籽樣品的基體效應具有補償校正的作用。

2.2 方法的驗證參數

2.2.1 方法的線性相關性

以優化后的實驗前處理方法、檢測條件、儀器參數為依據，對多元素混合標準系列溶液進行檢測，校正方式使用在線內標加入法，通過ICP -MS進行測定。將12種元素混標的不同濃度點作橫坐標，將各元素及其相應的內標計數值的比值作縱坐標，計算線性回歸。得到12種元素檢測結果的線性范圍、線性方程、相關系數見表2。通過分析得出，12種元素的線性范圍大，線性相關性較優（r值在0.995以上）。

表2 各元素的線性范圍、相關系數、檢出限和精密度（n=6）

2.2.2 方法的檢出限和精密度

按照優化后的實驗前處理步驟做空白樣品，對空白樣品檢測11次，通過公式得到12種元素檢測結果的標準偏差，按照3倍標準偏差與標準曲線斜率的比值，得到12種元素各自的檢出限（LOD），見表2所示。對同一樣品，在實驗同一前處理方式和檢測條件，檢測平行樣品6次，分別檢測12種元素的含量。通過6次平行樣的檢測值，得到12種元素檢測值的相對標準偏差（RSD），見表2所示。本方法檢測各元素的相對標準偏差在0.7%～5.3%，得出本方法的精密度較好。

2.2.3 方法的加標回收實驗

對葡萄果皮、果肉和果籽樣品開展12種元素的加標回收實驗，加標樣品采用3平行實驗，得到3次檢測結果，分別計算其平均值，通過樣品中各元素含量和加標量計算出各元素加標回收率和RSD，見表3所示。分析得出本方法12種元素的加標回收率范圍在86.1%～107.7%，RSD范圍在1.5%～5.2%。因此可以得出本方法可以達到葡萄果皮、果肉和果籽中多種元素測定方法的相關要求。

表3 加標回收率結果（n=3）

2.3 樣品測定結果

依據本方法，測定了葡萄果皮、果肉和果籽中12種元素的含量，測定結果見表4。從表4可以看出，樣品中Fe元素含量0.87～2.07 mg/L，Mn元素含量0.26～1.14 mg/L，Zn元素含量0.26～0.87 mg/L，Se元素含量0.002～0.003 mg/L。由此可見，葡萄果皮、果肉和果籽中對人體有益的微量元素Fe、Mn、Zn等含量較高，并且還含有對人體有益的Se元素。

表4 葡萄果皮、果肉和果籽中12種元素的含量 mg/L

對于重金屬元素，樣品中As、Cd、Hg、Sn元素均未檢出。這可能與葡萄的種植環境比較好，沒有受到相關重金屬元素的污染有關。

3 小結

通過檢測分析發現，葡萄果皮、果肉和果籽樣品中分別含有人體必需的各類金屬元素，包括K、Na、Cu、Zn、Fe、Mn等金屬元素，并且還含有對人體健康有益的元素Se。葡萄果皮、果肉和果籽樣品中對人體健康具有危害作用的重金屬元素均未檢出，分析其原因可能是由于葡萄的種植環境較好，環境污染小。本方法可用于同時測定葡萄果皮、果肉和果籽中12種無機元素，具有簡便快捷、靈敏準確等優點。本研究結果為葡萄果實的精深加工提供了理論指導，為葡萄果實的營養物質和安全風險評估提供了科學依據。