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加热板消解葡萄果实检测56种矿质元素方法

2021.05.07

葡萄在世界范围广泛栽培,也是被研究得为详细的果树种类之一。研究果实矿质元素种类和含量,对于控制果树病害,改善葡萄品质等都具有一定的实践意义,也可为阐明葡萄果实风味品质形成的机理提供依据。


加热板消解葡萄果实检测56种矿质元素方法


以往关于果实矿质元素的分析主要采用分光光度法(紫外2可见分光光度法和原子吸收分光光度法(AAS)),原子荧光光度法,高效液相色谱法(HPLC)和电感耦合等离子体2原子发射光谱法(ICP2AES)等方法[1,2],其中分光光度法不能实验多元素的同时检测,准确度相对较低,重现性差。原子荧光光度法仅用于测定As、Sb、Bi、Se、Te、Ge、Sn、Pb、Zn、Cd、Hg等元素。高效液相色谱法(HPLC)和电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP2AES)的灵敏度,检出限以及重现性都不如ICP2MS。电感耦合等离子体质谱(ICP2MS)具有灵敏度高、检出限低、选择性好、分析速度快、可测元素覆盖面广、线性范围宽、能进行多元素同时检测等优点,近年已广泛应用于地质科学和考古学、冶金、环境、半导体、医学、地质及核材料分析等领域[3,4]。但迄今以葡萄果实为试材的多种矿质元素同时检测的ICP2MS方法仍未见报道。


本文建立了加热板消解2ICPPMS技术同时定葡萄果实样品中56种矿质元素的方法,在此基础上,分析、比较同一地域生长的红、白酿酒葡萄果实中常量矿质元素、微量元素及稀土元素等的异同,为下一步深入研究不同地域环境对酿酒葡萄矿质元素组成和含量影响及其与风味品质的关系奠定基础。


1 实验部分


1.1材料与方法

实验在河北省怀来县中法葡萄庄园进行,以红色酿酒葡萄赤霞珠(VitisviniferaL,CabernetSau2vignon),美乐(VitisviniferaL,Merlot)和白色酿酒葡萄霞多丽(VitisviniferaL,Chardannay)为试材。这3个品种的种植地土壤状况(包括土壤质地、pH等)及管理条件(施肥,除草,灌溉,地面覆盖情况等)相似,树龄相同(5年生)。


试材取样在2007年进行,根据2006年果实成熟期和2007年果实发育过程中糖度的变化规律,确定本次试验的取样时间。取样时,除周边三行和行端10m不取外,兼顾阴阳面,叶幕层内外和上中下果穗,以及每穗葡萄肩、中、顶部,分散随机取充分成熟的葡萄果实150粒,重复3次,液氮速冻,-80℃保存。


1.2仪器与试剂

格丹纳加热板消解葡萄果实检测56种矿质元素方法-行业动态-格丹纳Agilent7500a电感耦合等离子体质谱仪;加热板(格丹纳HT-300实验加热板可用)。10μgPmL稀土混合标准溶液(美国Agilent公司)和10μgPmL环境混合标准溶液(美国Agilent公司),并以5%HNO3稀释。1000ngPmLGe,Sr标准溶液,并以纯净水稀释,1000ngPmLLi,Ga,Pd标准溶液,并以10%HCl稀释,1000ngPmLNb,W标准溶液(国家标准溶液,国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院),并以10%HCl+5%HNO3+少量HF稀释。10ngPmLLi,Co,Y,Ce,Tl混合标准溶液(2%HNO3介质)(美国Agilent公司)和10μgPmL6Li,Sc,Ge,Y,In,Tb,Bi混合标准溶液(5%HNO3介质)(美国Agilent公司),并以5%HNO3稀释。


实验中所用酸及水:HNO3,优级纯(德国Mer2ck公司)。H2O2(德国Merck公司),HF(德国Mer2ck公司)。HCl,MOS级(北京化工)。实验用水为娃哈哈纯净水。


1.3实验方法

1.3.1果实样品的预处理将葡萄样品置于液氮速冻,并迅速放入榨汁机进行干磨,干磨成粉后,置于PET塑料瓶中于-20℃保存待用。

1.3.2样品的前处理


称取1g(精确到0.0001g)样品于PTFE消解杯中,加入5mL浓HNO3(65%)和0.25mLHF,置于电热板进行加热消解。当电热板的温度上升至200℃开始计时,保持温度200±2℃在1h左右,加入1mLH2O2(30%),30min后,溶液变得澄清透明。将消解液转移入PET塑料瓶中,用水洗涤3次,洗液合并于瓶中,定容至40g,充分混匀。空白处理除未加入果实样品外,其它步骤与上述相同。 每个样品设3个独立重复,每个重复平行测定3次,取平均值。


1.3.3样品的检测

在优化的仪器条件下(仪器的工作参数见表1)编辑测定方法、干扰方程及选择各测定元素,内标管引入内标(1μgPmLRh)溶液并观测内标校正元素灵敏度,样品管依次引入试剂空白、标准溶液系列、样品空白、样品溶液进行分析。


1.4统计分析

应用SPSS数据统计软件对3个品种的各元素含量进行差异显著性分析。


2结果与讨论


2.1仪器工作参数的优化

仪器点火稳定后,将样品管放入调谐液中,对仪器灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等各项指标进行最优化,随后引入内标溶液,观察灵敏度、调PPA因子,符合要求后,保存调谐参数。仪器操作条件参数列于表1。


工作参数


2.2干扰及干扰消除

ICP2MS质谱干扰主要有同质异位素、多原子离子、氧化物、双电荷等,可以通过调谐仪器和编辑干扰校正方程来消除[12,13],本研究采用EPA-2008方法推荐的干扰校正公式消除干扰。非质谱干扰包括物理性干扰和记忆效应等,物理性干扰是由等离子体离子化温度、雾化效应、在采样锥接口和离子透镜处的空间电荷效应等因素引起的,在本研究中,这部分的干扰主要通过在线加入内标溶液加以克服,而由于连续分析高浓度的样品或标准引起的记忆效应,则可通过延长冲洗时间、用HNO3(5%,10%,30%)梯度冲洗等方法消除,同时稀释高浓度样品后进行测定。


2.3方法的准确度

为了验证电热板消解葡萄果实样品的方法的准确性和可靠性,对葡萄果实样品进行加标回收实验。取6份各0.1g葡萄果实样品,加入一定量的各元素标准溶液(加入量见表3),处理方法同材料与方法1.3,样品定容到40g,测定溶液中各元素的含量,计算回收率。


从表2可知,各元素的加标回收率在80.79%(Al)~110.0%(Ga),表明所建立的方法准确、可靠。


加热板消解回收率1加热板消解回收率


2.4方法的检出限和精密度

在优化实验条件下,平行测定5%HNO3空白液11次,平行测定10ngPmL的各元素标准溶液3次,按下列公式计算方法的检出限。结果见表2。


检出限(ngPmL)=[3σP(S-B)]×C(1)[14]式(1)中,σ为试剂空白的标准偏差;S为一定标准各元素标准溶液的信号强度;C为各元素标准溶液的浓度;B为试剂空白的信号强度。


由表3可得,该方法对各元素的检出限在01002ngPg(Na)~32189ngPg(Se),表明该方法具有较高的灵敏度。


标准偏差


对同一葡萄果实样品平行测定6次,得到各元素的相对标准偏差(RSD)。由表3可知,各元素的相对标准偏差均低于5%,表明该方法有较高的精密度,重现性较好。


2.5样品检测结果

应用上述所建立的方法,对赤霞珠、美乐和霞多丽品种的成熟葡萄果实样品的56种元素进行定量分析,结果表明,其中K,Ca,Mg为大量元素,其含量为K>Ca>Mg,含量水平均大于1000ppm(μgPg)。B,Na,Al,Mn,56Fe,57Fe,Cu,Zn,Sr,Sb的含量均在1ppm量级,而Sc,Cr,Ga,Se,Mo,Ba,Pb的含量在10~300ppb(ngPg)之间。Li,V,Co,Ni,As,Y,Zr,Ag,Sn,La,Ce,Nd的含量在0~10ppb之间,而Be,Ge,Nb,Pd,Cd,In和稀土元素(Pr,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu),Ta,W,Re,Ir,Pt,Au,Tl,Th,U的含量均低于1ppb。


B,Mn,56Fe,As,Cd,Sb,稀土元素(Y,La,Ce,Pr,Nd,Tb)和Tl,Th,U的含量在赤霞珠、美乐和霞多丽3个品种之间具有显著性差异。Li,K,57Fe,Cu,Zn,Ba的含量在红葡萄品种(赤霞珠和美乐)和白葡萄品种(霞多丽)之间具有显著性差异。矿质元素含量与果实的品质效应存在密切关系。例如,K和Mn对可溶性固形物,Fe对总酸量和糖酸比的影响很大[15],另有研究K和果实的风味呈显著正相关,而Mn和果实的风味品质呈负相关[16]。因此,不同品种葡萄果实中矿质元素的差异可能是造成果实品质差异的因素之一。


加热板消解葡萄果实检测56种矿质含量比较


参考文献


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[2]黄海涛,李忠,陈章玉等.理化检验-化学分册,2004,40(5):251

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