新疆红地球葡萄果实不同部位12种无机元素分析*

柴庆伟，李宏业

（1.乌鲁木齐市农产品质量安全检测中心，新疆 乌鲁木齐 830000；2.石河子工程职业技术学院）

葡萄是世界上栽培最广泛的水果之一。葡萄味道鲜美，富含多种营养物质和生物活性物质，如氨基酸、维生素、花青素等，深受人们的喜爱。新疆是我国著名的葡萄产区之一，气候、地理条件独特，适合种植葡萄。据《中国统计年鉴2018》，2017年新疆葡萄产量249.27万t，占全国总产1 308.30万t的19.05%[1]。葡萄产业在新疆经济发展中发挥了巨大作用。“民以食为天，食以安为先”。无论是鲜食葡萄，还是加工用葡萄，食用的前提是要保证安全。除农药残留以外，无机元素中的重金属含量也是葡萄食用安全评价的一项重要指标。对葡萄果实进行无机元素检测分析，不仅有助于人们全面了解葡萄的保健功效，同时也可以对葡萄果实中的重金属含量进行安全风险评估。目前测定葡萄及其制品中无机元素的方法主要有原子吸收光谱法[2]和电感耦合等离子体质谱法[3-4]。但采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法，同时测定葡萄果实不同部位的多种元素含量的研究情况，目前未见有报道。本研究使用的样品前处理方式是微波消解，检测方法采用ICP-MS法同时测定了葡萄果皮、果肉和果籽中12种常量元素、微量元素和重金属元素的含量，以期为葡萄果实的初深加工提供理论指导，为葡萄果实的营养物质利用和安全风险评估提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

葡萄果实由新疆农垦科学院林园研究所提供。

多元素的混合标准溶液（包含Na、K、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Hg等金属及类金属元素，混合标准溶液中各元素的储备液及标准曲线梯度浓度见表1）；内标元素主要包含Li、Ge、Y、In、Re（其元素浓度均为1 000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；硝酸、过氧化氢（优级纯，国药集团有限公司）；质谱调谐液（Li、Co、In、U、Ba、Ce其元素浓度均为1.0 μg/L，美国赛默飞世尔科技公司）。

表1 混合标准储备液浓度和混合标准溶液标准曲线中不同点浓度

仪器设备：电感耦合等离子体质谱仪（美国赛默飞世尔科技公司，型号X -SeriesⅡ）；超纯水仪（美国密里博公司，型号Milli -Q）；微波消解仪（美国CEM公司，型号MARS -6）；电子天平（德国赛多利斯科技有限公司，型号SQP）；敞开式电加热恒温炉（东方科创生物技术有限公司，型号EHD-24）。

1.2 样品前处理过程

首先准确称取2 g（精确至0.001 g）葡萄果皮、果肉和果籽样品置于含有聚四氟乙烯的消解罐中，然后加入2 mL双氧水和8 mL硝酸，再将消解罐放于电热恒温炉中，在100 ℃条件下加热20 min进行预消解处理。预消解过程结束后将消解罐取出，消解罐在室温进行冷却后，盖上消解罐盖，转移至微波消解仪中按消解程序进行消解。消解程序设置为起始温度120 ℃并保持5 min；升温速率设置为6 ℃/min，升温至150 ℃并保持5 min。下一步升温速率设置为6 ℃/min，升温至180 ℃并保持20 min。微波消解过程完成后，待消解罐冷却至室温，将其敞口置于电加热恒温炉中，在100 ℃条件下加热（赶酸）至消解液余量约为1 mL时，用少量超纯水冲洗消解罐3次，将消解液、洗涤液合并转至25 mL容量瓶或比色管，用超纯水定容，待测。同时做样品空白。

1.3 内标及多元素标准溶液配制

移取适量内标标准溶液，采用5%的硝酸溶液，进行稀释，最终稀释至浓度为10 ng/mL的内标标准混合溶液。移取适量的多元素混合标准液，用5%的硝酸溶液稀释，得到多元素系列标准混合溶液。多元素混合标准溶液的校准曲线中各浓度点如表1所示。

1.4 样品的测定

用ICP-MS仪的标准调谐液，对仪器进行调谐，得到优化后的仪器参数，仪器检测的灵敏度条件、氧化物条件、分辨率条件等各项指标满足检测方法的规定要求。对待测样品溶液进行上机检测过程中，应同时引入稀释好的内标标准溶液进行内标法校正。检测的参考仪器条件：射频功率为1 550 W；等离子体流速14 L/min；雾化室温度3 ℃；雾化气流速0.8 L/min；采样锥和截取锥均为Ni锥；采样深度为5 mm；碰撞气为Ar气（纯度＞99.999%）；泵速为40 r/min；流速为4.2 mL/min；保留时间0.02 s；采集重复次数3次。设置检测方法序列，分别检测多元素混合校准曲线溶液、空白样品被测液、样品被测液、加标样品被测液，选择扣背景方式，扣除背景吸收，通过公式计算，得到被测样品中各元素的含量。

2 结果与分析

2.1 实验条件选择

2.1.1 样品前处理

元素分析中被测样品的前处理方法主要包括：干灰化法、湿法消解法及微波消解法等。干灰化法的前处理方法具有前处理过程较为复杂、并且样品的交叉污染的风险大等缺点，一般不作为常用前处理方法。湿法消解法在前处理过程中，也存在使用的试剂量较大，消解过程比较慢，由酸液引入的干扰也比较大等缺点。与之相比采用微波消解法前处理具有效率高，试剂使用量少，且前处理过程污染风险也较小等优点，在食品基质样品的检测前处理过程中也应用更为广泛。

葡萄果皮、果肉和果籽样品中加入消解液，先在较低温度条件下预消解，然后再经微波消解仪梯度升温充分消解。由于葡萄果皮、果肉和果籽中含有较多碳水化合物（有机物质），因此，样品消解过程加入了过氧化氢和硝酸，采用微波消解法。利用硝酸的强酸性、强氧化性特点（过氧化氢为辅助消解试剂），在样品消解过程中可更有效的氧化样品中有机物质。通过实验对比得出，新鲜样品的称样量2 g左右时，加2 mL过氧化氢和8 mL的硝酸，就能够将样品消解彻底。

2.1.2 被测元素中选择同位素的原则

选择被测元素在自然界中丰度最高的同位素，且保证不受其他元素的干扰或干扰少。本检测方法中，被测元素铁元素丰度最高的同位素为56Fe，由于氧气和氩气加和后（16O+40Ar）的质荷比与56Fe一致，因此本方法使用丰度次高的57Fe。本方法测定的其余元素，都使用丰度最高的同位素。

2.1.3 内标校正法及选择的内标元素

由于本实验使用的葡萄果皮、果肉以及果籽样品，其有机物含量高、基质比较复杂，样品检测过程中易产生基体效应，会对被测元素发生抑制作用。通过采用内标法，对基体效应具有补偿校正作用，因此本研究采用内标校正法。选择的内标校正元素有185Re、115In、89Y、73Ge、7Li。当测定23～39质量数的待测元素时，使用7Li内标元素；当测定52～75质量数的待测元素时，使用73Ge内标元素；当测定82质量数的待测元素时，使用89Y内标元素；当测定111～202质量数的待测元素时，使用115In内标元素。选择这些元素为内标校正体系，对多元素混合标准溶液、样品空白被测液、样品被测液、样品加标被测液依次进行检测，可以对葡萄果皮、果肉和果籽样品的基体效应具有补偿校正的作用。

2.2 方法的验证参数

2.2.1 方法的线性相关性

以优化后的实验前处理方法、检测条件、仪器参数为依据，对多元素混合标准系列溶液进行检测，校正方式使用在线内标加入法，通过ICP -MS进行测定。将12种元素混标的不同浓度点作横坐标，将各元素及其相应的内标计数值的比值作纵坐标，计算线性回归。得到12种元素检测结果的线性范围、线性方程、相关系数见表2。通过分析得出，12种元素的线性范围大，线性相关性较优（r值在0.995以上）。

表2 各元素的线性范围、相关系数、检出限和精密度（n=6）

2.2.2 方法的检出限和精密度

按照优化后的实验前处理步骤做空白样品，对空白样品检测11次，通过公式得到12种元素检测结果的标准偏差，按照3倍标准偏差与标准曲线斜率的比值，得到12种元素各自的检出限（LOD），见表2所示。对同一样品，在实验同一前处理方式和检测条件，检测平行样品6次，分别检测12种元素的含量。通过6次平行样的检测值，得到12种元素检测值的相对标准偏差（RSD），见表2所示。本方法检测各元素的相对标准偏差在0.7%～5.3%，得出本方法的精密度较好。

2.2.3 方法的加标回收实验

对葡萄果皮、果肉和果籽样品开展12种元素的加标回收实验，加标样品采用3平行实验，得到3次检测结果，分别计算其平均值，通过样品中各元素含量和加标量计算出各元素加标回收率和RSD，见表3所示。分析得出本方法12种元素的加标回收率范围在86.1%～107.7%，RSD范围在1.5%～5.2%。因此可以得出本方法可以达到葡萄果皮、果肉和果籽中多种元素测定方法的相关要求。

表3 加标回收率结果（n=3）

2.3 样品测定结果

依据本方法，测定了葡萄果皮、果肉和果籽中12种元素的含量，测定结果见表4。从表4可以看出，样品中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。由此可见，葡萄果皮、果肉和果籽中对人体有益的微量元素Fe、Mn、Zn等含量较高，并且还含有对人体有益的Se元素。

表4 葡萄果皮、果肉和果籽中12种元素的含量 mg/L

对于重金属元素，样品中As、Cd、Hg、Sn元素均未检出。这可能与葡萄的种植环境比较好，没有受到相关重金属元素的污染有关。

3 小结

通过检测分析发现，葡萄果皮、果肉和果籽样品中分别含有人体必需的各类金属元素，包括K、Na、Cu、Zn、Fe、Mn等金属元素，并且还含有对人体健康有益的元素Se。葡萄果皮、果肉和果籽样品中对人体健康具有危害作用的重金属元素均未检出，分析其原因可能是由于葡萄的种植环境较好，环境污染小。本方法可用于同时测定葡萄果皮、果肉和果籽中12种无机元素，具有简便快捷、灵敏准确等优点。本研究结果为葡萄果实的精深加工提供了理论指导，为葡萄果实的营养物质和安全风险评估提供了科学依据。