电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定葡萄酒中二氧化硫方法研究

李谦，张学玲，牛国飞，党祎苗，孙少忆

（宁夏食品检测研究院/国家市场监管重点实验室（枸杞和葡萄酒质量安全），银川 750002）

二氧化硫是葡萄酒酿造过程中必不可少的添加剂［1］。添加二氧化硫预防葡萄酒氧化简单易行且效果显著，具有消除溶解氧、抑制多酚氧化酶和杂菌的侵染等作用［2］。适量添加二氧化硫可以减弱葡萄酒的不良风味，但用量过高则会使葡萄酒产生令人不愉快的气味［3］。少量二氧化硫进入人体后经身体代谢解毒，最后从尿液中排出［4］，但因二氧化硫是一种全身性毒物，长期接触可导致呼吸道疾病，对脑组织、肺、心脏、胃液、红细胞、肝脏、脾脏、雄性生殖系统等都有对应的毒性［5］，甚至与肺癌的发生有关［6-7］。因此需要对葡萄酒中二氧化硫残留物加以控制，目前食品中二氧化硫测定的方法有滴定法［8-9］、电化学分析法［10-11］、分光光度法［12］、气相色谱法［13-14］、液相色谱法［15］、离子色谱法［16］、光谱法［17］。光谱法具有高速、易操作、低成本、无损分析等优点，成为二氧化硫残留量检测的热门检测方法［18-22］。ICP-OES具有灵敏度高、线性范围宽、检测速度快等优点，广泛应用于分析测试领域［23］。该方法研究可为监督葡萄酒的质量安全以及后续的标准更新提供方法支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品为市售葡萄酒。盐酸、过氧化氢、硝酸、优级纯，天津科密欧化学试剂有限公司；硫标准储备溶液：1000 mg/L，中国计量科学研究院；焦亚硫酸钾（K2S2O5）；试验用水（一级水），实验室自制。

1.1.1 盐酸溶液（1+1） 准确量取50 mL盐酸，缓慢倒入50 mL水中，并不断搅拌。

1.1.2 过氧化氢溶液（3%） 吸取30 mL过氧化氢与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过氧化氢与90 mL容量瓶中，用水定容至刻度。

1.2 仪器与设备

Thermo电感耦合等离子体发射光谱仪，美国赛默飞；K-355型多功能一体机蒸馏仪，瑞士BtiCHI公司；Sartorius电子天平（精度0.1 mg），德国赛多利斯公司；Mili-Q Academic纯水仪，法国密立博公司；氩气（Ar）（≥99.999%），北京普莱克斯公司。

1.3 方法

1.3.1 原理 样品在密闭容器中进行酸化、蒸馏，使得样品中亚硫酸类物质酸化转化为二氧化硫，与水蒸气一同馏出，利用过氧化氢溶液吸收，转化为硫酸根，采用ICP-OES测定其中硫的含量，进一步换算出二氧化硫的含量。

1.3.2 标准溶液的配制 （1）硫元素中间液（100 mg/L）：准确吸取硫元素标准溶液（1000 mg/L）10.0 ～100 mL容量瓶中，用硝酸溶液（1+99）稀释，并定容至刻度，混匀。（2）硫元素标准工作溶液：准确吸取硫元素储备液（100 mg/L）0.0、0.20、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mL分别置于100 mL容量瓶中，用硝酸溶液（1+99）稀释，定容至刻度，混匀。制得质量浓度分别为0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/L的硫元素标准曲线溶液。

1.3.3 样品前处理 吸取 5.00 mL均匀样品，置于蒸馏管中，连接好蒸馏装置，使其完全密封，加入一级水50 mL，加入10 mL盐酸（1+1），设置蒸汽力度及蒸馏时间，进行加热蒸馏。当蒸馏液约为190 mL时，停止蒸馏，冲洗定容至200 mL。按相同步骤做空白试验。

1.3.4 仪器条件 电感耦合等离子体发射光谱仪试验条件见表1。

表1 电感耦合等离子体发射光谱仪试验条件

1.3.5 标准曲线的制作 以待测元素的浓度为横坐标、分析谱线强度响应值为纵坐标，绘制标准曲线。

1.3.6 结果计算 计算公式如式（1）：

式（1）中，X—试样中元素含量（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—消解液定容总体积（mL）；m—样品质量（g）；2—硫与二氧化硫的换算系数。

2 结果与讨论

2.1 蒸馏条件的优化

2.1.1 蒸汽力度优化 由图1可看出，当蒸馏力度85%时，二氧化硫的回收率最高。当蒸汽力度过低时，因蒸馏速率过慢，二氧化硫未完全馏出，造成测定结果偏低。当蒸汽力度过大时，馏出的二氧化硫来不及冷凝吸收导致部分损失，结果偏低，过大的蒸汽力度易导致样品溶液爆沸至接收瓶中，影响测定结果。因此本试验选择蒸汽力度85%作为最佳蒸汽条件进行后续试验。

图1 蒸汽力度的优化

2.1.2 蒸馏时间的优化 焦亚硫酸钾（K2S2O5）的标准样品（100 mg/L）10.0 mL置于蒸馏瓶中，加入50 mL一级水，加入10 mL盐酸溶液（1+1），立即盖塞，加热蒸馏。在蒸汽力度85%条件下，对不同蒸馏时间回收率进行检测。由图2可看出，当蒸馏时间在6 min时，回收率达到最高，时间过长或过短时，回收率都显著低于6 min，因此选择蒸馏时间为6 min作为最佳蒸馏时间进行后续试验。

图2 蒸馏时间的优化

2.2 ICP-OES方法学验证

2.2.1 分析谱线的选择 利用ICP光谱仪分析时，经常遇到由谱线重叠引起的光谱干扰，而对于结构简单的元素也有多个谱线可以选择。本试验中，硫元素的待选谱线有3条，分别为180.731、182.034、182.624 nm，结果表明，180.731 nm存在钙的干扰，182.624 nm的背景干扰大于182.034 nm，而182.034 nm检测信号高、峰左右对称、背景干扰少且稳定，因此选择182.034 nm作为分析谱线。

2.2.2 标准曲线 以待测元素的浓度为横坐标、其分析谱线强度响应值为纵坐标绘制标准曲线。由图3可看出，硫在质量浓度0～4 mg/L内，所得线性方程为y=93.77103 x+0.00529，相关系数为0.99996，线性关系良好。

图3 线性相关性试验结果

2.2.3 精密度试验 取市售葡萄酒1#、2#样品，在1.3.2仪器条件下分别进行测定，平行试验3次。由表2可知，1#、2#样品的相对标准偏差分别为0.41%、0.46%，表明该方法精密度较高，符合《实验室质量控制规范食品理化检测》GB/T 27404—2008［16］要求。

表2 精密度试验结果

2.2.4 回收率试验 称取一定量的焦亚硫酸钾用水定容至100 mL，根据K2S2O5+2HCl=2KCl+2SO2+H20进行加标量计算，选择2个不同含量的样品，进行4个加标量水平的回收率测试。回收率符合《实验室质量控制规范食品理化检测》GB/T 27404—2008要求。由表3可以看出，回收率在85.3%～97.6%，表明该方法准确可靠。

表3 回收率试验结果

2.2.5 方法检出限与定量限 对该方法进行连续测量试剂空白溶液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为0.017，以11次空白值标准偏差3倍计算检出限。经计算，方法检出限为0.05 mg／L，定量限为0.15 mg／L。

2.3 方法比较

ICP-OES具有分析速度快、操作简单、成本低等优点（表4）。

表4 方法比较

3 结论

本方法建立了酸蒸馏-电感耦合等离子体发射光谱法测定葡萄酒中二氧化硫含量，选择182.034 nm作为分析谱线，回收率在85.3%～97.6%检出限为0.05 mg/L，在质量浓度0～4 mg/L内线性关系良好，定量限为0.15 mg/L，远低于GB 5009.34—2016《食品安全国家标准 食品中二氧化硫的测定》所规定的方法的检出限为1.5 mg/L，定量限为5.0 mg/L。证明该方法的灵敏度高，精密度好，操作简便，分析快速，可以有效提高检测效率，适合大批量样品的检测。