電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）測定葡萄酒中二氧化硫方法研究

李謙，張學玲，牛國飛，黨祎苗，孫少憶

（寧夏食品檢測研究院/國家市場監管重點實驗室（枸杞和葡萄酒質量安全），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味，但用量過高則會使葡萄酒產生令人不愉快的氣味［3］。少量二氧化硫進入人體后經身體代謝解毒，最后從尿液中排出［4］，但因二氧化硫是一種全身性毒物，長期接觸可導致呼吸道疾病，對腦組織、肺、心臟、胃液、紅細胞、肝臟、脾臟、雄性生殖系統等都有對應的毒性［5］，甚至與肺癌的發生有關［6-7］。因此需要對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、無損分析等優點，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、檢測速度快等優點，廣泛應用于分析測試領域［23］。該方法研究可為監督葡萄酒的質量安全以及后續的標準更新提供方法支撐。

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、優級純，天津科密歐化學試劑有限公司；硫標準儲備溶液：1000 mg/L，中國計量科學研究院；焦亞硫酸鉀（K2S2O5）；試驗用水（一級水），實驗室自制。

1.1.1 鹽酸溶液（1+1） 準確量取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 儀器與設備

Thermo電感耦合等離子體發射光譜儀，美國賽默飛；K-355型多功能一體機蒸餾儀，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行酸化、蒸餾，使得樣品中亞硫酸類物質酸化轉化為二氧化硫，與水蒸氣一同餾出，利用過氧化氫溶液吸收，轉化為硫酸根，采用ICP-OES測定其中硫的含量，進一步換算出二氧化硫的含量。

1.3.2 標準溶液的配制 （1）硫元素中間液（100 mg/L）：準確吸取硫元素標準溶液（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）硫元素標準工作溶液：準確吸取硫元素儲備液（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的硫元素標準曲線溶液。

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，加入一級水50 mL，加入10 mL鹽酸（1+1），設置蒸汽力度及蒸餾時間，進行加熱蒸餾。當蒸餾液約為190 mL時，停止蒸餾，沖洗定容至200 mL。按相同步驟做空白試驗。

1.3.4 儀器條件 電感耦合等離子體發射光譜儀試驗條件見表1。

表1 電感耦合等離子體發射光譜儀試驗條件

1.3.5 標準曲線的制作 以待測元素的濃度為橫坐標、分析譜線強度響應值為縱坐標，繪制標準曲線。

1.3.6 結果計算 計算公式如式（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—樣品質量（g）；2—硫與二氧化硫的換算系數。

2 結果與討論

2.1 蒸餾條件的優化

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

圖1 蒸汽力度的優化

2.1.2 蒸餾時間的優化 焦亞硫酸鉀（K2S2O5）的標準樣品（100 mg/L）10.0 mL置于蒸餾瓶中，加入50 mL一級水，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，對不同蒸餾時間回收率進行檢測。由圖2可看出，當蒸餾時間在6 min時，回收率達到最高，時間過長或過短時，回收率都顯著低于6 min，因此選擇蒸餾時間為6 min作為最佳蒸餾時間進行后續試驗。

圖2 蒸餾時間的優化

2.2 ICP-OES方法學驗證

2.2.1 分析譜線的選擇 利用ICP光譜儀分析時，經常遇到由譜線重疊引起的光譜干擾，而對于結構簡單的元素也有多個譜線可以選擇。本試驗中，硫元素的待選譜線有3條，分別為180.731、182.034、182.624 nm，結果表明，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檢測信號高、峰左右對稱、背景干擾少且穩定，因此選擇182.034 nm作為分析譜線。

2.2.2 標準曲線 以待測元素的濃度為橫坐標、其分析譜線強度響應值為縱坐標繪制標準曲線。由圖3可看出，硫在質量濃度0～4 mg/L內，所得線性方程為y=93.77103 x+0.00529，相關系數為0.99996，線性關系良好。

圖3 線性相關性試驗結果

2.2.3 精密度試驗 取市售葡萄酒1#、2#樣品，在1.3.2儀器條件下分別進行測定，平行試驗3次。由表2可知，1#、2#樣品的相對標準偏差分別為0.41%、0.46%，表明該方法精密度較高，符合《實驗室質量控制規范食品理化檢測》GB/T 27404—2008［16］要求。

表2 精密度試驗結果

2.2.4 回收率試驗 稱取一定量的焦亞硫酸鉀用水定容至100 mL，根據K2S2O5+2HCl=2KCl+2SO2+H20進行加標量計算，選擇2個不同含量的樣品，進行4個加標量水平的回收率測試?；厥章史稀秾嶒炇屹|量控制規范食品理化檢測》GB/T 27404—2008要求。由表3可以看出，回收率在85.3%～97.6%，表明該方法準確可靠。

表3 回收率試驗結果

2.2.5 方法檢出限與定量限 對該方法進行連續測量試劑空白溶液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次空白值標準偏差3倍計算檢出限。經計算，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、成本低等優點（表4）。

表4 方法比較

3 結論

本方法建立了酸蒸餾-電感耦合等離子體發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，在質量濃度0～4 mg/L內線性關系良好，定量限為0.15 mg/L，遠低于GB 5009.34—2016《食品安全國家標準 食品中二氧化硫的測定》所規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。