新疆紅地球葡萄果實(shí)不同部位12種無(wú)機(jī)元素分析*

柴慶偉，李宏業(yè)

（1.烏魯木齊市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心，新疆 烏魯木齊 830000；2.石河子工程職業(yè)技術(shù)學(xué)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)，如氨基酸、維生素、花青素等，深受人們的喜愛(ài)。新疆是我國(guó)著名的葡萄產(chǎn)區(qū)之一，氣候、地理?xiàng)l件獨(dú)特，適合種植葡萄。據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2018》，2017年新疆葡萄產(chǎn)量249.27萬(wàn)t，占全國(guó)總產(chǎn)1 308.30萬(wàn)t的19.05%[1]。葡萄產(chǎn)業(yè)在新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用。“民以食為天，食以安為先”。無(wú)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(nóng)藥殘留以外，無(wú)機(jī)元素中的重金屬含量也是葡萄食用安全評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。對(duì)葡萄果實(shí)進(jìn)行無(wú)機(jī)元素檢測(cè)分析，不僅有助于人們?nèi)媪私馄咸训谋＝」π?，同時(shí)也可以對(duì)葡萄果實(shí)中的重金屬含量進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。目前測(cè)定葡萄及其制品中無(wú)機(jī)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(zhì)譜法[3-4]。但采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法，同時(shí)測(cè)定葡萄果實(shí)不同部位的多種元素含量的研究情況，目前未見(jiàn)有報(bào)道。本研究使用的樣品前處理方式是微波消解，檢測(cè)方法采用ICP-MS法同時(shí)測(cè)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(shí)的初深加工提供理論指導(dǎo)，為葡萄果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

葡萄果實(shí)由新疆農(nóng)墾科學(xué)院林園研究所提供。

多元素的混合標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液中各元素的儲(chǔ)備液及標(biāo)準(zhǔn)曲線梯度濃度見(jiàn)表1）；內(nèi)標(biāo)元素主要包含Li、Ge、Y、In、Re（其元素濃度均為1 000 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）；硝酸、過(guò)氧化氫（優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)有限公司）；質(zhì)譜調(diào)諧液（Li、Co、In、U、Ba、Ce其元素濃度均為1.0 μg/L，美國(guó)賽默飛世爾科技公司）。

表1 混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液濃度和混合標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線中不同點(diǎn)濃度

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

1.2 樣品前處理過(guò)程

首先準(zhǔn)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(jìn)行預(yù)消解處理。預(yù)消解過(guò)程結(jié)束后將消解罐取出，消解罐在室溫進(jìn)行冷卻后，蓋上消解罐蓋，轉(zhuǎn)移至微波消解儀中按消解程序進(jìn)行消解。消解程序設(shè)置為起始溫度120 ℃并保持5 min；升溫速率設(shè)置為6 ℃/min，升溫至150 ℃并保持5 min。下一步升溫速率設(shè)置為6 ℃/min，升溫至180 ℃并保持20 min。微波消解過(guò)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(shí)，用少量超純水沖洗消解罐3次，將消解液、洗滌液合并轉(zhuǎn)至25 mL容量瓶或比色管，用超純水定容，待測(cè)。同時(shí)做樣品空白。

1.3 內(nèi)標(biāo)及多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

移取適量?jī)?nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用5%的硝酸溶液，進(jìn)行稀釋，最終稀釋至濃度為10 ng/mL的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)混合溶液。移取適量的多元素混合標(biāo)準(zhǔn)液，用5%的硝酸溶液稀釋，得到多元素系列標(biāo)準(zhǔn)混合溶液。多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的校準(zhǔn)曲線中各濃度點(diǎn)如表1所示。

1.4 樣品的測(cè)定

用ICP-MS儀的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧液，對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧，得到優(yōu)化后的儀器參數(shù)，儀器檢測(cè)的靈敏度條件、氧化物條件、分辨率條件等各項(xiàng)指標(biāo)滿足檢測(cè)方法的規(guī)定要求。對(duì)待測(cè)樣品溶液進(jìn)行上機(jī)檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)同時(shí)引入稀釋好的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行內(nèi)標(biāo)法校正。檢測(cè)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(shí)間0.02 s；采集重復(fù)次數(shù)3次。設(shè)置檢測(cè)方法序列，分別檢測(cè)多元素混合校準(zhǔn)曲線溶液、空白樣品被測(cè)液、樣品被測(cè)液、加標(biāo)樣品被測(cè)液，選擇扣背景方式，扣除背景吸收，通過(guò)公式計(jì)算，得到被測(cè)樣品中各元素的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)條件選擇

2.1.1 樣品前處理

元素分析中被測(cè)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(guò)程較為復(fù)雜、并且樣品的交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)大等缺點(diǎn)，一般不作為常用前處理方法。濕法消解法在前處理過(guò)程中，也存在使用的試劑量較大，消解過(guò)程比較慢，由酸液引入的干擾也比較大等缺點(diǎn)。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(guò)程污染風(fēng)險(xiǎn)也較小等優(yōu)點(diǎn)，在食品基質(zhì)樣品的檢測(cè)前處理過(guò)程中也應(yīng)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(yù)消解，然后再經(jīng)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(jī)物質(zhì)），因此，樣品消解過(guò)程加入了過(guò)氧化氫和硝酸，采用微波消解法。利用硝酸的強(qiáng)酸性、強(qiáng)氧化性特點(diǎn)（過(guò)氧化氫為輔助消解試劑），在樣品消解過(guò)程中可更有效的氧化樣品中有機(jī)物質(zhì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比得出，新鮮樣品的稱樣量2 g左右時(shí)，加2 mL過(guò)氧化氫和8 mL的硝酸，就能夠?qū)悠废鈴氐住?/p>

2.1.2 被測(cè)元素中選擇同位素的原則

選擇被測(cè)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(cè)方法中，被測(cè)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(zhì)荷比與56Fe一致，因此本方法使用豐度次高的57Fe。本方法測(cè)定的其余元素，都使用豐度最高的同位素。

2.1.3 內(nèi)標(biāo)校正法及選擇的內(nèi)標(biāo)元素

由于本實(shí)驗(yàn)使用的葡萄果皮、果肉以及果籽樣品，其有機(jī)物含量高、基質(zhì)比較復(fù)雜，樣品檢測(cè)過(guò)程中易產(chǎn)生基體效應(yīng)，會(huì)對(duì)被測(cè)元素發(fā)生抑制作用。通過(guò)采用內(nèi)標(biāo)法，對(duì)基體效應(yīng)具有補(bǔ)償校正作用，因此本研究采用內(nèi)標(biāo)校正法。選擇的內(nèi)標(biāo)校正元素有185Re、115In、89Y、73Ge、7Li。當(dāng)測(cè)定23～39質(zhì)量數(shù)的待測(cè)元素時(shí)，使用7Li內(nèi)標(biāo)元素；當(dāng)測(cè)定52～75質(zhì)量數(shù)的待測(cè)元素時(shí)，使用73Ge內(nèi)標(biāo)元素；當(dāng)測(cè)定82質(zhì)量數(shù)的待測(cè)元素時(shí)，使用89Y內(nèi)標(biāo)元素；當(dāng)測(cè)定111～202質(zhì)量數(shù)的待測(cè)元素時(shí)，使用115In內(nèi)標(biāo)元素。選擇這些元素為內(nèi)標(biāo)校正體系，對(duì)多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品空白被測(cè)液、樣品被測(cè)液、樣品加標(biāo)被測(cè)液依次進(jìn)行檢測(cè)，可以對(duì)葡萄果皮、果肉和果籽樣品的基體效應(yīng)具有補(bǔ)償校正的作用。

2.2 方法的驗(yàn)證參數(shù)

2.2.1 方法的線性相關(guān)性

以優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)前處理方法、檢測(cè)條件、儀器參數(shù)為依據(jù)，對(duì)多元素混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行檢測(cè)，校正方式使用在線內(nèi)標(biāo)加入法，通過(guò)ICP -MS進(jìn)行測(cè)定。將12種元素混標(biāo)的不同濃度點(diǎn)作橫坐標(biāo)，將各元素及其相應(yīng)的內(nèi)標(biāo)計(jì)數(shù)值的比值作縱坐標(biāo)，計(jì)算線性回歸。得到12種元素檢測(cè)結(jié)果的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。通過(guò)分析得出，12種元素的線性范圍大，線性相關(guān)性較優(yōu)（r值在0.995以上）。

表2 各元素的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、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(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)前處理步驟做空白樣品，對(duì)空白樣品檢測(cè)11次，通過(guò)公式得到12種元素檢測(cè)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按照3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差與標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值，得到12種元素各自的檢出限（LOD），見(jiàn)表2所示。對(duì)同一樣品，在實(shí)驗(yàn)同一前處理方式和檢測(cè)條件，檢測(cè)平行樣品6次，分別檢測(cè)12種元素的含量。通過(guò)6次平行樣的檢測(cè)值，得到12種元素檢測(cè)值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），見(jiàn)表2所示。本方法檢測(cè)各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

對(duì)葡萄果皮、果肉和果籽樣品開(kāi)展12種元素的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)樣品采用3平行實(shí)驗(yàn)，得到3次檢測(cè)結(jié)果，分別計(jì)算其平均值，通過(guò)樣品中各元素含量和加標(biāo)量計(jì)算出各元素加標(biāo)回收率和RSD，見(jiàn)表3所示。分析得出本方法12種元素的加標(biāo)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(dá)到葡萄果皮、果肉和果籽中多種元素測(cè)定方法的相關(guān)要求。

表3 加標(biāo)回收率結(jié)果（n=3）

2.3 樣品測(cè)定結(jié)果

依據(jù)本方法，測(cè)定了葡萄果皮、果肉和果籽中12種元素的含量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)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(jiàn)，葡萄果皮、果肉和果籽中對(duì)人體有益的微量元素Fe、Mn、Zn等含量較高，并且還含有對(duì)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(duì)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(huán)境比較好，沒(méi)有受到相關(guān)重金屬元素的污染有關(guān)。

3 小結(jié)

通過(guò)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，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(duì)人體健康有益的元素Se。葡萄果皮、果肉和果籽樣品中對(duì)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(huán)境較好，環(huán)境污染小。本方法可用于同時(shí)測(cè)定葡萄果皮、果肉和果籽中12種無(wú)機(jī)元素，具有簡(jiǎn)便快捷、靈敏準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。本研究結(jié)果為葡萄果實(shí)的精深加工提供了理論指導(dǎo)，為葡萄果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了科學(xué)依據(jù)。