電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定葡萄酒中二氧化硫方法研究

李謙，張學(xué)玲，牛國飛，黨祎苗，孫少憶

（寧夏食品檢測研究院/國家市場監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（枸杞和葡萄酒質(zhì)量安全），銀川 750002）

二氧化硫是葡萄酒釀造過程中必不可少的添加劑［1］。添加二氧化硫預(yù)防葡萄酒氧化簡單易行且效果顯著，具有消除溶解氧、抑制多酚氧化酶和雜菌的侵染等作用［2］。適量添加二氧化硫可以減弱葡萄酒的不良風(fēng)味，但用量過高則會(huì)使葡萄酒產(chǎn)生令人不愉快的氣味［3］。少量二氧化硫進(jìn)入人體后經(jīng)身體代謝解毒，最后從尿液中排出［4］，但因二氧化硫是一種全身性毒物，長期接觸可導(dǎo)致呼吸道疾病，對(duì)腦組織、肺、心臟、胃液、紅細(xì)胞、肝臟、脾臟、雄性生殖系統(tǒng)等都有對(duì)應(yīng)的毒性［5］，甚至與肺癌的發(fā)生有關(guān)［6-7］。因此需要對(duì)葡萄酒中二氧化硫殘留物加以控制，目前食品中二氧化硫測定的方法有滴定法［8-9］、電化學(xué)分析法［10-11］、分光光度法［12］、氣相色譜法［13-14］、液相色譜法［15］、離子色譜法［16］、光譜法［17］。光譜法具有高速、易操作、低成本、無損分析等優(yōu)點(diǎn)，成為二氧化硫殘留量檢測的熱門檢測方法［18-22］。ICP-OES具有靈敏度高、線性范圍寬、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于分析測試領(lǐng)域［23］。該方法研究可為監(jiān)督葡萄酒的質(zhì)量安全以及后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)更新提供方法支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品為市售葡萄酒。鹽酸、過氧化氫、硝酸、優(yōu)級(jí)純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；硫標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：1000 mg/L，中國計(jì)量科學(xué)研究院；焦亞硫酸鉀（K2S2O5）；試驗(yàn)用水（一級(jí)水），實(shí)驗(yàn)室自制。

1.1.1 鹽酸溶液（1+1） 準(zhǔn)確量取50 mL鹽酸，緩慢倒入50 mL水中，并不斷攪拌。

1.1.2 過氧化氫溶液（3%） 吸取30 mL過氧化氫與1000 mL容量瓶中，用水定容至刻度。

1.1.3 硝酸溶液（1+99） 吸取10 mL過氧化氫與90 mL容量瓶中，用水定容至刻度。

1.2 儀器與設(shè)備

Thermo電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國賽默飛；K-355型多功能一體機(jī)蒸餾儀，瑞士BtiCHI公司；Sartorius電子天平（精度0.1 mg），德國賽多利斯公司；Mili-Q Academic純水儀，法國密立博公司；氬氣（Ar）（≥99.999%），北京普萊克斯公司。

1.3 方法

1.3.1 原理 樣品在密閉容器中進(jìn)行酸化、蒸餾，使得樣品中亞硫酸類物質(zhì)酸化轉(zhuǎn)化為二氧化硫，與水蒸氣一同餾出，利用過氧化氫溶液吸收，轉(zhuǎn)化為硫酸根，采用ICP-OES測定其中硫的含量，進(jìn)一步換算出二氧化硫的含量。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 （1）硫元素中間液（100 mg/L）：準(zhǔn)確吸取硫元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 mg/L）10.0 ～100 mL容量瓶中，用硝酸溶液（1+99）稀釋，并定容至刻度，混勻。（2）硫元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：準(zhǔn)確吸取硫元素儲(chǔ)備液（100 mg/L）0.0、0.20、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mL分別置于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液（1+99）稀釋，定容至刻度，混勻。制得質(zhì)量濃度分別為0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/L的硫元素標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液。

1.3.3 樣品前處理 吸取 5.00 mL均勻樣品，置于蒸餾管中，連接好蒸餾裝置，使其完全密封，加入一級(jí)水50 mL，加入10 mL鹽酸（1+1），設(shè)置蒸汽力度及蒸餾時(shí)間，進(jìn)行加熱蒸餾。當(dāng)蒸餾液約為190 mL時(shí)，停止蒸餾，沖洗定容至200 mL。按相同步驟做空白試驗(yàn)。

1.3.4 儀器條件 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀試驗(yàn)條件見表1。

表1 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀試驗(yàn)條件

1.3.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 以待測元素的濃度為橫坐標(biāo)、分析譜線強(qiáng)度響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.6 結(jié)果計(jì)算 計(jì)算公式如式（1）：

式（1）中，X—試樣中元素含量（mg/L）；c—消解液中元素含量（μg/mL）；c0—空白液中元素含量（μg/mL）；V—消解液定容總體積（mL）；m—樣品質(zhì)量（g）；2—硫與二氧化硫的換算系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸餾條件的優(yōu)化

2.1.1 蒸汽力度優(yōu)化 由圖1可看出，當(dāng)蒸餾力度85%時(shí)，二氧化硫的回收率最高。當(dāng)蒸汽力度過低時(shí)，因蒸餾速率過慢，二氧化硫未完全餾出，造成測定結(jié)果偏低。當(dāng)蒸汽力度過大時(shí)，餾出的二氧化硫來不及冷凝吸收導(dǎo)致部分損失，結(jié)果偏低，過大的蒸汽力度易導(dǎo)致樣品溶液爆沸至接收瓶中，影響測定結(jié)果。因此本試驗(yàn)選擇蒸汽力度85%作為最佳蒸汽條件進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖1 蒸汽力度的優(yōu)化

2.1.2 蒸餾時(shí)間的優(yōu)化 焦亞硫酸鉀（K2S2O5）的標(biāo)準(zhǔn)樣品（100 mg/L）10.0 mL置于蒸餾瓶中，加入50 mL一級(jí)水，加入10 mL鹽酸溶液（1+1），立即蓋塞，加熱蒸餾。在蒸汽力度85%條件下，對(duì)不同蒸餾時(shí)間回收率進(jìn)行檢測。由圖2可看出，當(dāng)蒸餾時(shí)間在6 min時(shí)，回收率達(dá)到最高，時(shí)間過長或過短時(shí)，回收率都顯著低于6 min，因此選擇蒸餾時(shí)間為6 min作為最佳蒸餾時(shí)間進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖2 蒸餾時(shí)間的優(yōu)化

2.2 ICP-OES方法學(xué)驗(yàn)證

2.2.1 分析譜線的選擇 利用ICP光譜儀分析時(shí)，經(jīng)常遇到由譜線重疊引起的光譜干擾，而對(duì)于結(jié)構(gòu)簡單的元素也有多個(gè)譜線可以選擇。本試驗(yàn)中，硫元素的待選譜線有3條，分別為180.731、182.034、182.624 nm，結(jié)果表明，180.731 nm存在鈣的干擾，182.624 nm的背景干擾大于182.034 nm，而182.034 nm檢測信號(hào)高、峰左右對(duì)稱、背景干擾少且穩(wěn)定，因此選擇182.034 nm作為分析譜線。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線 以待測元素的濃度為橫坐標(biāo)、其分析譜線強(qiáng)度響應(yīng)值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。由圖3可看出，硫在質(zhì)量濃度0～4 mg/L內(nèi)，所得線性方程為y=93.77103 x+0.00529，相關(guān)系數(shù)為0.99996，線性關(guān)系良好。

圖3 線性相關(guān)性試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 精密度試驗(yàn) 取市售葡萄酒1#、2#樣品，在1.3.2儀器條件下分別進(jìn)行測定，平行試驗(yàn)3次。由表2可知，1#、2#樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.41%、0.46%，表明該方法精密度較高，符合《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》GB/T 27404—2008［16］要求。

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.2.4 回收率試驗(yàn) 稱取一定量的焦亞硫酸鉀用水定容至100 mL，根據(jù)K2S2O5+2HCl=2KCl+2SO2+H20進(jìn)行加標(biāo)量計(jì)算，選擇2個(gè)不同含量的樣品，進(jìn)行4個(gè)加標(biāo)量水平的回收率測試?；厥章史稀秾?shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》GB/T 27404—2008要求。由表3可以看出，回收率在85.3%～97.6%，表明該方法準(zhǔn)確可靠。

表3 回收率試驗(yàn)結(jié)果

2.2.5 方法檢出限與定量限 對(duì)該方法進(jìn)行連續(xù)測量試劑空白溶液11次，0.1769、0.1794、0.1764、0.1806、0.1766、0.1783、0.1785、0.1802、0.1799、0.1798、0.1756，S為0.017，以11次空白值標(biāo)準(zhǔn)偏差3倍計(jì)算檢出限。經(jīng)計(jì)算，方法檢出限為0.05 mg／L，定量限為0.15 mg／L。

2.3 方法比較

ICP-OES具有分析速度快、操作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)（表4）。

表4 方法比較

3 結(jié)論

本方法建立了酸蒸餾-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定葡萄酒中二氧化硫含量，選擇182.034 nm作為分析譜線，回收率在85.3%～97.6%檢出限為0.05 mg/L，在質(zhì)量濃度0～4 mg/L內(nèi)線性關(guān)系良好，定量限為0.15 mg/L，遠(yuǎn)低于GB 5009.34—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中二氧化硫的測定》所規(guī)定的方法的檢出限為1.5 mg/L，定量限為5.0 mg/L。證明該方法的靈敏度高，精密度好，操作簡便，分析快速，可以有效提高檢測效率，適合大批量樣品的檢測。