白酒中微量元素快速檢測技術(shù)的探討

◎ 武靜文，趙 荻，蒲道俊，徐 潔，范能全

（1.重慶市食品藥品檢驗(yàn)檢測研究院，重慶 401121；2.西南藥業(yè)股份有限公司，重慶 400038）

中國白酒文化歷史悠久，近年來越來越多的消費(fèi)者追求飲酒口感及其健康屬性，而白酒中的金屬元素是高品質(zhì)白酒的關(guān)鍵影響因素，如酒體中鈣、鎂、鐵、銅、鋅等元素，能夠促進(jìn)酒精的分解，使酒體更加醇厚、豐滿圓潤[1]；白酒中的鉛、錳、鎘、鋁等元素，長期攝入會(huì)嚴(yán)重影響人體健康[2]。近年來白酒質(zhì)量問題屢見報(bào)端[3]，建立白酒中多種元素快速檢測技術(shù)，不僅是市場監(jiān)管部門的監(jiān)管需要，同時(shí)也是生產(chǎn)廠家保證白酒穩(wěn)定性的技術(shù)支撐。

白酒元素檢測前處理技術(shù)是元素檢測的核心，相較于一般樣品直接通過硝酸-微波消解進(jìn)行前處理，白酒中乙醇與濃硝酸混合會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量有刺激性氣味，有毒的二氧化氮?dú)怏w，密封的裝置會(huì)發(fā)生爆炸。目前，國家標(biāo)準(zhǔn)未給出白酒元素檢測前處理方法[4]，其他文獻(xiàn)資料所采用方法多為將白酒水浴濃縮趕醇后再進(jìn)行消解處理[5]，其缺點(diǎn)在于前處理復(fù)雜且耗時(shí)長，易造成元素?fù)p耗和污染，此法尤其不適用于批量大、檢驗(yàn)快的監(jiān)督監(jiān)管。感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES法）相比于其他的元素定量分析方法如原子吸收法（包括石墨爐法和火焰法）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS法），具有抗干擾性強(qiáng)、線性范圍寬、能準(zhǔn)確快速地同時(shí)測定多種元素等優(yōu)點(diǎn)[6]。本研究擬采用微波消解法、稀釋法（包含3種處理方式）對(duì)市面所售常見高濃度白酒（56%）進(jìn)行前處理，并運(yùn)用ICP-OES對(duì)白酒中23種元素進(jìn)行測定比對(duì)，以期篩選出白酒元素快速測定的最佳前處理方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

iCAP7400型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICPOES），生產(chǎn)廠家為美國Thermo Fisher；MARS6型微波消解儀，生產(chǎn)廠家為美國CEM。

鋁（Al）、砷（As）、硼（B）、鋇（Ba）、鎘（Cd）、鈷（Co）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鋰（Li）、鎂（Mg）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、銻（Sb）、錫（Sn）、鍶（Sr）、鈦（Ti）、鉈（Tl）、釩（V）和鋅（Zn）多元素混合標(biāo)準(zhǔn)液，濃度為100 μg·mL-1。

硅（Si）標(biāo)準(zhǔn)溶液：批號(hào)為18B044，購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心，濃度為1 000 μg·mL-1；鈣（Ca）標(biāo)準(zhǔn)溶液：批號(hào)為19092，購自中國計(jì)量科學(xué)研究院，濃度為1 000 μg·mL-1；硝酸為優(yōu)級(jí)純，水為超純水。研究所用樣品為56%某二鍋頭白酒，批號(hào)為20181220，產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 10781.2—2006（一級(jí)），提供單位為北京某白酒公司。

1.2 ICP-OES儀器參數(shù)

泵速：50 r·min-1；輔助氣流量：0.5 L·min-1；RF功率：1 150 W；觀測方式為水平；元素波長：B 249.773 nm；Al 396.152 nm；Si 212.412 nm；Li 670.784 nm；Mg 279.553 nm；Ca 317.933 nm；Ti 334.941 nm；Zn 213.856 nm；Cu 324.754 nm；Ni 221.647 nm；Co 228.616 nm；Fe 259.940 nm；Mn 259.373 nm；Cr 283.563 nm；As 189.042 nm；Sn 189.989 nm；Sb 206.833 nm；Sr 407.711 nm；Tl 190.856 nm；V 292.402 nm；Cd 228.802 nm；Ba 445.403 nm；Pb 220.353 nm。

1.3 溶液的制備

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液制備。取100 μg·mL-1多元素混標(biāo)溶液5 mL、1 000 μg·mL-1硅標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL、1 000 μg·mL-1鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL，加入至50 mL容量瓶中，用5%硝酸定容至刻度，得到10 μg·mL-1混標(biāo)溶液。分別取10μg·mL-1混標(biāo)溶液0.25 mL、0.5 mL、1 mL、1.5 mL、2.5 mL、4 mL、5 mL和7.5 mL加入各自對(duì)應(yīng)的50 mL容量瓶中，用5%硝酸定容至刻度，得到50 ng·mL-1、100 ng·mL-1、200 ng·mL-1、300 ng·mL-1、500 ng·mL-1、800 ng·mL-1、1 000 ng·mL-1和1 500 ng·mL-1混標(biāo)系列溶液。

（2）微波消解法樣品待測液制備。取白酒2 mL放入聚四氟乙烯消解罐中，在趕酸儀上100 ℃濃縮至0.5 mL，加入7 mL HNO3，加蓋密封后放入微波消解儀，將溫度5 min內(nèi)升高到120 ℃，并維持10 min，再于5 min內(nèi)將溫度升高到185 ℃，維持20 min。然后在趕酸儀上80 ℃低溫趕酸3小時(shí)，經(jīng)多次沖洗至50 mL容量瓶中，定容到刻度。同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)。

（3）A稀釋法樣品制備。取白酒20 mL置于50 mL聚四氟乙烯消解罐中，在趕酸儀上100 ℃濃縮至10 mL，經(jīng)1% HNO3多次沖洗至50 mL容量瓶中，定容到刻度。同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)。

（4）B稀釋法樣品制備。取白酒2 mL置于50 mL容量瓶中，加1% HNO3定容至刻度。

（5）C稀釋法樣品制備。取白酒0.5 mL置于50 mL容量瓶中，加1% HNO3定容至刻度。

1.4 供試品加標(biāo)溶液制備

（1）微波消解法加標(biāo)溶液制備。取白酒2 mL放入聚四氟乙烯消解罐中，在趕酸儀上100 ℃濃縮至0.5 mL，加入7 mL HNO3、1mL 10 μg·mL-1混標(biāo)溶液，按照上述樣品待測液制備方法定容至50 mL，得200 ng·mL-1加 標(biāo) 溶 液。同 法 制 得500 ng·mL-1、800 ng·mL-1的加標(biāo)溶液。

（2）A稀釋法樣品加標(biāo)液制備。取白酒20 mL放入50 mL聚四氟乙烯消解罐中，在趕酸儀上100 ℃濃縮至10 mL，經(jīng)1% HNO3多次沖洗至50 mL容量瓶中，加入1 mL 10 μg·mL-1混標(biāo)溶液，定容到刻度。同法制得500 ng·mL-1、800 ng·mL-1的加標(biāo)溶液。

（3）B稀釋法樣品加標(biāo)液制備。取白酒2 mL放入50 mL容量瓶中，加入1 mL 10 μg·mL-1混標(biāo)溶液，用1% HNO3定容至刻度。同法制得500 ng·mL-1、800 ng·mL-1的加標(biāo)溶液。

（4）C稀釋法樣品加標(biāo)液制備。取白酒0.5 mL放入50 mL容量瓶中，加入1 mL 10 μg·mL-1混標(biāo)溶液，用1% HNO3定容至刻度。同法制得500 ng·mL-1、800 ng·mL-1的加標(biāo)溶液。

1.5 線性關(guān)系、檢出限及定量限

在確定的儀器測量條件下，將標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液引入光譜儀，以溶液濃度為橫坐標(biāo)，以發(fā)射的譜線強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，取樣品空白，連續(xù)測定11次，由11次濃度讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）計(jì)算檢出限（3SD）和定量限（10SD）[7-8]。

1.6 精密度與穩(wěn)定性測定

精密度考察指標(biāo)包括重復(fù)性和中間精密度。取500 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測定6次，將各元素濃度得到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）作為精密度[9]。由分析員M對(duì)500 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)進(jìn)樣3次，1 d后由分析員N新配制500 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液并重復(fù)進(jìn)樣3次，統(tǒng)計(jì)6次結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差作為中間精密度[10]。

取500 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別取兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)各測定1次，根據(jù)各元素兩次濃度值按式（1）計(jì)算變化率。

式中，A-第一時(shí)間點(diǎn)的測定值，B-不同時(shí)間的測定值，C-變化率[11]。

1.7 特異性與系統(tǒng)適用性

取標(biāo)準(zhǔn)空白、100 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液、500 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液及樣品溶液按順序進(jìn)行測定[12]?？疾?00 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液、500 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液所測濃度是否存在5倍關(guān)系來確定元素所選波長是否具有專屬性。對(duì)比所測元素在100 ng·mL-1前后兩次的變化率以驗(yàn)證白酒溶液是否對(duì)檢測系統(tǒng)帶來實(shí)質(zhì)性干擾[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 線性關(guān)系、檢出限及定量限的考察

由表1可知，23種元素線性在0～1 500 ng·mL-1范圍內(nèi)均表現(xiàn)良好，Ni、Mn、Cr、Ti、Al和Sr相關(guān)系數(shù)在0.997～0.999，其余16種元素均在0.999以上，表明元素所選波長的線性性能良好。

Li、Ni、Co、Cd、Mn、Mg、Cr、V、Ca、Ti、Ba和Zn等11種元素檢出限在1 ng·mL-1以內(nèi)，定量限在3 ng·mL-1以下，檢測性能良好，其余元素檢出限均在6 ng·mL-1以內(nèi)，定量限在20 ng·mL-1以下，滿足檢測需求。

表1 各元素線性關(guān)系、檢出限及定量限表

2.2 精密度與穩(wěn)定性

由表2可知，23種元素的重復(fù)性均在1%以內(nèi)；Cd、Mn、Ti三種元素的中間精密度在3%～6%，其余元素的中間精密度均小于3%；所有元素在2 h變化率在10%以內(nèi)，表明ICP-OES分析性能良好，受到檢測人員、測定時(shí)間等干擾因素的影響較小，能夠滿足方法學(xué)要求。

表2 精密度與穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2.3 特異性與系統(tǒng)適用性

由表3可知，500 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液所測濃度約為100 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液的5倍，而標(biāo)準(zhǔn)空白基本均未檢出，顯示元素所選波長具有特異性。23種元素在100 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)溶液的變化率均為5%以內(nèi)，表明白酒溶液并未對(duì)檢測系統(tǒng)帶來實(shí)質(zhì)性干擾，系統(tǒng)適用性結(jié)果良好。

2.4 加標(biāo)回收試驗(yàn)

由表4可知，除A稀釋法、B稀釋法As的加標(biāo)回收率在130%以上，其余方法的元素加標(biāo)回收率在70%～130%，均符合方法學(xué)要求。加標(biāo)回收率偏高的原因可能為，甲醇、乙醇等有機(jī)物質(zhì)使溶液的表面張力和粘性降低，同時(shí)溶液的可燃性使儀器尾焰溫度提高，從而影響譜線強(qiáng)度，使測量值偏高[14-15]。

2.5 樣品含量試驗(yàn)結(jié)果

用4種處理方式對(duì)同一樣品進(jìn)行處理，含量測定結(jié)果見表5。由表5可知，隨著稀釋倍數(shù)的增加（2.5倍、25倍、100倍），稀釋法所測樣品含量逐漸升高，到100倍測量結(jié)果已無法呈現(xiàn)線性關(guān)系，嚴(yán)重偏離真值；表明稀釋法雖然能有效降低樣品待測液中有機(jī)物質(zhì)的干擾，但稀釋倍數(shù)是影響結(jié)果的關(guān)鍵因素。微波消解法可有效減少有機(jī)物質(zhì)干擾，常用作測定食品、藥品中元素含量的方法，結(jié)果可靠。依據(jù)微波消解法結(jié)果，A、B稀釋法結(jié)果接近，C稀釋法不符合測定要求。

表3 特異性與系統(tǒng)適用性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

表4 加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果表

表5 樣品含量試驗(yàn)結(jié)果表

2.6 方法學(xué)比對(duì)與評(píng)價(jià)

由于稀釋法、消解法的系統(tǒng)適用性良好，樣品處理液均不會(huì)對(duì)檢測系統(tǒng)帶來明顯影響，為體現(xiàn)方法的精密性，以加標(biāo)回收率作為方法比對(duì)與評(píng)價(jià)的指標(biāo)：加標(biāo)回收率100%±10%劃為優(yōu)秀，80%～90%或110%～120%為良好，70%～80%或120%～145%為合格。由圖1可知，4種方法回收率的效果優(yōu)劣順序?yàn)锽稀釋法＞微波消解法＞C稀釋法＞A稀釋法。

圖1 方法類型-加標(biāo)回收率評(píng)價(jià)圖

3 結(jié)論

（1）23種元素的檢出限均低于6 ng·mL-1，能夠滿足檢測需要，白酒稀釋溶液未對(duì)ICP-OES檢測系統(tǒng)形成有效干擾。常用快速分析多種元素的儀器主要有電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）和ICP-OES，相比于ICP-MS，ICP-OES雖然具有較高的檢出限（ICP-OES法的檢出限為10-10，ICP-MS法的檢出限為10-15～10-12），但靈敏度與穩(wěn)定性一般成反比關(guān)系，因此ICP-OES抗干擾性較好[16]，更適合稀釋法這種簡單、快捷的前處理方法。

（2）微波消解結(jié)合微波加熱和高壓消解兩方面的性能，有效減少消解過程中造成的揮發(fā)損失和環(huán)境污染、降低試劑用量，但此法缺點(diǎn)為消解完畢后冷卻時(shí)間較長且由于受到微波消解儀的限制，一般不能同時(shí)處理大批樣品[17]。通過以微波消解法樣品測定結(jié)果為參考值，稀釋A法和B法與參考法較為接近；通過以加標(biāo)回收率作為方法比對(duì)與評(píng)價(jià)的指標(biāo)，優(yōu)劣順序?yàn)锽稀釋法＞微波消解法＞A稀釋法；前處理耗時(shí)長短順序?yàn)锽稀釋法＞A稀釋法＞微波消解法；綜合上述，白酒中23種元素的快速檢測前處理方法選用B稀釋法。