SINO-OVERSEAS GRAPEVINE & WINE
不同前处理-GFAAS 法测定葡萄酒中铜、
铁元素含量的技术研究
蒋娟1,2，刘宇航1，梁艳英1,2,3，张予林1,2,3*
（1. 西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨凌 712100；2. 陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，
陕西杨凌 712100；3. 西北农林科技大学合阳葡萄试验示范站，陕西合阳 715300）
摘 要：试验采用湿法消解法、干法消解法和直接稀释法对红白葡萄酒进行消解前处理，同时进行加标回收
试验，分析不同前处理方法测定Cu 、Fe 元素的准确性，以确定石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS ）的最佳测定条件。结果表明：利用石墨炉原子吸收光谱仪测定葡萄酒中Cu 和Fe 时，标准曲线线性关系良好，最佳灰化温度均是600 ℃，最佳原子化温度均是2300 ℃，检出限分别是0.58 μg·L -1和1.15 μg·L -1，定量限分别是1.94 μg·L -1和3.85 μg·L -1。另外，湿法消解法操作快速简单，精密度和准确度较高，是用石墨炉原子吸收法测定葡萄酒中Cu 和Fe 元素含量较为理想的前处理方法。
关键词：石墨炉原子吸收法；湿法消解法；干法消解法；直接稀释法；铜；铁；葡萄酒 中图分类号：TS262.61 文献标志码：A DOI ：10.13414/jki.zwpp.2023.04.011
收稿日期：2022-09-15
基金项目：国家重点研发计划（2019YFD1002500）；财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系（CARS-29-zp-6） 西北农林科技大学试验示范站（基地）科技成果推广项目（TCZX2020-36）
作者简介：蒋娟（1987—），硕士，主要从事葡萄酒分析与检验研究。E-mail:*******************
*通信作者：张予林（1975—），副教授，主要从事葡萄酒分析与检验研究。E-mail:******************
Determination of Cu and Fe in Wine Based on Different Sample Pretreatment
Methods and Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry
JIANG Juan 1,2, LIU Yuhang 1, LIANG Yanying 1,2,3, ZHANG Yuling 1,2,3*(1. College of Enology, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. Shaanxi Engineering Research Centre for Viti-viniculture, Yangling 712100, China;
3. Heyang Experimental and Demonstrational Station for Viticulture, Northwest A&F University, Heyang 715300, China)
2023(4): 75-81
Abstract: Dry digestion, wet digestion and direct dilution were applied to pretreat red wine and white wine,
at the same time, the recovery experiment was carried out, the accuracy of different pretreatment methods for determination of Cu and Fe were assessed to determine the best conditions of graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS). According to the results, Determination of Cu and Fe in wine by GFAAS, the linearity of the standard curve was good, the optimum ashing temperature and atomization temperature were 600 ℃ and 2300 ℃, respectively. The detection limits for Cu and Fe were 0.58 μg·L -1 and 1.15 μg·L -1, respectively; the quantification limits were 1.94 μg·L -1 and 3.85 μg·L -1, respectively. In addition, wet digestion and GFAAS was found to be highly precise and accurate, easy and quick to use, and could be an ideal method for determination of Cu and Fe in wine.
Key words: GFAAS; wet digestion; dry digestion; direct dilution; Cu; Fe; wine
SINO-OVERSEAS GRAPEVINE & WINE
葡萄酒中含有氨基酸、维生素以及多种矿质元素（包括微量元素），是一种营养丰富的饮料，适当饮用有延缓衰老、益寿延年的效果[1]。葡萄酒中的Cu2+、Fe3+是氧化还原系统的重要因子，在葡萄酒陈酿中发挥重要作用，对葡萄酒的澄清和风味有很大影响。但过量的铜（Cu）会影响酒体的稳定性，加快葡萄酒氧化，使酒体产生浑浊和沉淀，影响酒的泽和口感[2]；过量的铁（Fe）可与白葡萄酒中的磷酸盐或红葡萄酒中的单宁形成难溶性物质，导致葡萄酒浑浊，产生铁破败病[3-4]。因此，葡萄酒中Cu、Fe元素含量的准确测定对于葡萄酒酿造和毒理学方面的研究具有重要意义[5]。
国家标准GB/T 15037—2006规定[6]，葡萄酒中Fe 含量不超过8.0 mg·L-1，Cu含量不超过1.0 mg·L-1。目前，常用于Cu、Fe元素含量测定的方法主要包括火焰原子吸收光谱法（FAAS）[7]、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）[8]、毛细管电泳法和石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）[9]等。其中GFAAS具有灵敏度高、检出限低、进样体积少、减少化学干扰、原子化效率高的优点，在食品重金属元素测定中被广泛应用[10]。本实验对GFAAS测定葡萄酒中Cu、Fe元素的灰化温度、原子化温度条件进行研究，对比湿法消解法、干法消解法、直接稀释法3种不同前处理方法的优缺点，拟建立一套测定葡萄酒中Cu、Fe元素含量准确、高效的分析方法。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂及仪器
酒样：干红葡萄酒，干白葡萄酒成品。
试剂：Cu、Fe标准溶液质量浓度均为1000 mg·L-1，来自国家有金属及电子材料分析测试中心；浓硝酸65%～68%（V ol），优级纯，洛阳昊华化学试剂有限公司；浓盐酸36%～38%，优级纯，四川西陇科学有限公司；实验用水均为超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）；仪器洗针液为0.5%（Vol）硝酸溶液。
试验中所使用玻璃和塑料器材等均用20%HNO3（Vol）浸泡24 h，直接用纯水清洗后晾干，再重复以上步骤一次后待用。瓷坩埚浸泡冲洗后在马弗炉中空烧6 h。
仪器设备：AA240Z安捷伦石墨炉原子吸收光谱仪，美国Agilent公司；Milli-Q超纯水系统，美国Millipore公司；SX-5-12数显马弗炉（箱式电阻炉），北京科伟永鑫实验仪器设备厂；海能SH230N重金属消解仪；昆山舒美KQ-250E超声波清洗器；恒温水浴锅；可调式电热炉。
1.2 标准溶液配制
吸取适量单元素标准贮备液，用0.5%硝酸溶液逐级稀释至200 μg·L-1，由原子吸收自动进样器稀释至Cu、Fe标准系列溶液浓度，各元素质量浓度范围见表1。
1.3 样品前处理
1.3.1 湿法消解法
吸取10 mL酒样置于50 mL消解管中，放入重金属消解仪中120 ℃加热蒸发乙醇浓缩至4～5 mL，加入8 mL硝酸，设置加热温度为160～180 ℃，消解至无大量黄烟冒出，取下后加入2 mL过氧化氢，继续消解至消化液呈透明略带黄，赶酸至剩余3～4 mL溶液，取下放冷后将消化液转移至25 mL容量瓶中，用0.5%硝酸溶液少量多次洗涤消解管，合并洗涤液于容量瓶中定容。同时做空白试验[11]。Fe元素测定时需再稀释10～20倍。
1.3.2 干法消解法
准确移取酒样10.0 mL于坩埚中，恒温水浴锅80 ℃条件下蒸干酒样，然后放至可调式电热炉上小火炭化至无烟冒出后，转移至箱式电阻炉（马弗炉）550 ℃灰化4～5 h。冷却，取出。加2 mL硝酸溶液（1+1）溶解，移入50 mL容量瓶中，用水洗涤坩埚，洗涤液并入容量瓶中，加水至刻度，混匀备用。同时做试剂空白试验。
表1 Cu、Fe元素标准溶液质量浓度
Table 1 Mass concentrations of standard solutions for Cu and Fe
μg·L-1
元素
Element
标准溶液质量浓度
Mass concentrations of standard solutions
N1N2N3N4N5N6 Cu020*********
Fe04080120160200
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1.3.3 直接稀释法
取1 mL样品于50 mL塑料容量瓶中，加入2 mL 5%硝酸反应10 min后定容至刻度，混匀备用。同时做试剂空白试验。
1.4 仪器测定条件
实验中选择Fe的测定波长是372.0 nm，狭缝宽度0.2 nm，灯电流5.0 mA；Cu的分析波长是327.4 nm，狭缝宽度0.5 nm，灯电流4.0 mA。进样体积为10 μL，以
高纯氩气为保护气体。
选用表1中配置的40 μg·L-1 Cu标准溶液和80 μg·L-1 Fe标准溶液作为测试溶液，在不加基体改进剂的情况下，通过测定标准溶液的吸光度与灰化温度、原子化
温度的关系来选定最佳灰化温度和最佳原子化温度。
1.5 方法评价
1.5.1 方法的灵敏度
通过检测限LOD（产生高于系统噪声水平可检
测到响应的最低分析物浓度）、定量限LOQ（可准
确和精确测量分析物的最低水平）和标准曲线的斜率
（S）评估方法的灵敏度[12]。
LOD=3σ/S
LOQ=10σ/S
其中：σ代表空白样品多次测量值的标准差
（n=12），S代表分析曲线斜率。
1.5.2 方法的准确度
为了验证不同前处理方法测定结果的可靠性，
选取干红、干白酒样各一款加入一定量的待测物质，
然后与样品同时进行前处理和测定实验，计算加标回
收率。
加标回收率（%）= (C1－C0)/C'×100
式中：C1代表加标后样品中的金属浓度，C0代表
加标之前样品中的金属浓度，C'代表加到酒中的分析
物的标准浓度[12]。
每种金属的加标浓度各设低、中、高三个水平，
其中Fe元素按照低、中、高水平加标浓度分别为1.0、2.0、3.0 mg·L-1；Cu元素的低、中、高加标浓度分别为100、200、300 μg·L-1。
选择白、红葡萄酒各一款，利用新建方法对样品中Fe和Cu元素含量重复测定6次，计算相对标准偏差
（RSD，%），评估方法的精密度。
1.6 数据统计分析
借助数据处理软件DPS V6.50 获得实验数据的单
因素方差分析结果（Duncan新复极差法），每个处理
重复6次。利用Microsoft excel 2010和Origin 2018进行
图表绘制。
2 结果与分析
2.1 仪器工作条件优化
2.1.1 Cu的灰化温度和原子化温度的选择
石墨炉升温过程可分为4个阶段，即干燥、灰
化、原子化和净化。干燥温度一般稍高于溶剂沸点，
目的是除去溶剂，以免溶剂在灰化和原子化阶段的飞
溅。灰化即保证被测元素在无损失的前提下，尽量除
去样品中易挥发的基体和有机物，以减少甚至完全消
除基体干扰[11]。在实际应用中，选择被测元素不损失
的最高温度。在原子化阶段，选用达到最大吸收信号
的最低温度作为原子化温度，同时应该使用最大升温
速率使石墨管温度上升至设定的原子化温度。如图1
所示，Cu的最佳灰化温度是600 ℃，最佳原子化温度
是2300 ℃。
2.1.2 Fe的灰化温度和原子化温度确定
通过测定不同灰化温度和原子化温度下80 μg·L-1Fe标准溶液的吸光度（图2），确定Fe的灰化温度是600 ℃，最
佳原子化温度是 2300 ℃。因此，本次实验石墨炉升
温程序见表2
。
图1 Cu的灰化温度和原子化温度的选择
Figure 1 The ashing temperature and atomization
temperature for Cu
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2.2 标准工作曲线和灵敏度2.2.1 标准曲线的绘制
设置进样量20 μL ，按表2升温程序测定Cu 、Fe 标准系列溶液，得到Cu 、Fe 标准曲线。Cu 标准曲线为y=0.0042x ＋0.0319（图3），斜率为0.0042，截距为0.0319，决定系数R 2为0.9974；Fe 标准曲线为y=0.0023x ＋0.0078，斜率为0.0023，截距为0.0078，决定系数R 2为0.9979，说明在所设质
量浓度范围内线性关系良好，且Cu 标准曲线的截距更大，说明用石墨炉原子吸收光谱法测Cu 的灵敏度更高。
2.2.2 检出限及定量限
通过测定12次空白的标准差，并除以分析曲线的斜率S 可知，Cu 、Fe 的LOD 值分别是0.58 μg·L -1和1.15 μg·L -1，LOQ 值分别是1.94 μg·L -1和3.85 μg·L -1。说明用石墨炉法测定葡萄酒中Cu 、Fe 元素含量的灵敏度较高。
2.3 不同前处理比较
2.3.1 不同前处理方式测定结果比较
选用已知本底值的干红、干白酒样，进行3个不同添加水平的加标回收实验，每个水平平行测定6次，计算RSD ，结果见表3和表4。
由表3、表4可知，除干红酒样不同前处理方法间Cu 的含量差异明显外，其余不同前处理间本底值无显著性差异。采用3种前处理方法测定Cu 、Fe 元素的加标回收率分别为90.37%～114.03%和86.85%～118.99%，Cu 的加标回收率更接近100%，表明用石墨炉原子吸收光谱法测葡萄酒中Cu 的准确度高于测Fe 。对比不同前处理方法发现，湿法消解法测Cu 的回收率略高，在90.37%～108.15%，较其他两
种前处理方法有较高的准确度。湿法消解、干法消解、直接稀释3种前处理方法测得Fe 的加标回收率分为在93.64%～118.99%、86.85%～118.31%、95.59%～116.86%，3种前处理方法间没有明显的差别。
表2 测定Cu 、Fe 元素的石墨炉加热程序
Table 2 Heating program of graphite furnace for determining
Cu and Fe
步骤Procedure
葡萄怎么洗温度
Temperature (℃)
时间Time (s)气体流量
Gas flow （L·min -1）
18550.3295400.33120100.3460050.3560010.3660020723000.8082300209
2300
2
0.3
图3 Cu 标准溶液的标准曲线
Figure 3 Standard curve of standard solution for Cu
图4 Fe 标准溶液的标准曲线
Figure 4 Standard curve of standard solution for Fe
图2 Fe 的灰化温度和原子化温度的选择Figure 2 The ashing temperature and atomization
temperature for Fe
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表3 不同前处理方法测定Cu元素含量的比较（n = 6）
Table 3 The comparison of measured Cu based on different sample pretreatment methods
样品Sample 前处理方法
Method
本底值
Background value (µg·L-1)
加标量
Add value (µg·L-1)
加标测定值
Measurement (µg·L-1)
RSD
(%)
加标回收率
Recovery (%)
干红酒样Red wine 湿法消解法212.66±2.17a
100.00 312.27±3.31 1.0699.61
200.00 428.96±6.73 1.57108.15
300.00 498.23±5.04 1.0195.19干法消解法205.87±3.45b
100.00 316.94±6.60 2.08111.07
200.00 402.42±6.27 1.5698.28
300.00 521.29±17.31 3.32105.14直接稀释法201.50±9.63b
100.00 302.14±12.56 4.09100.64
200.00 380.53±12.39 3.2692.17
300.00 492.46±20.33 4.1296.99
干白酒样White wine 湿法消解法461.30±11.71a
200.00 643.93±9.92 1.5491.32
400.00 870.33±19.95 2.29102.26
600.00 1003.53±14.28 1.4290.37干法消解法465.93±20.83a
200.00 683.64±10.94 1.60108.86
400.00 908.90±19.82 2.18110.74
600.00 1044.14±30.20 2.8996.37直接稀释法450.00±17.93a
200.00 638.33±23.41 3.6694.17
400.00 868.37±32.00 3.69104.59
600.00 1134.20±34.48 3.04114.03
注：对于同一类型样品（干红、干白），同一列的不同小写字母表示取值具有显著性差异（P<0.05），下同
Note: For the same type of samples, different small letter in the same column indicate significant differences in values (P<0.05), the same below
表4 不同前处理方法测定Fe元素含量的比较（n=6）
Table 4 The comparison of measured Fe based on different sample pretreatment methods
样品Sample 前处理方法
Method
本底值
Background value (µg·L-1)
加标量
Add value (µg·L-1)
加标测定值
Measurement (µg·L-1)
RSD
(%)
加标回收率
Recovery (%)
干红酒样Red wine 湿法消解法1996.76±58.11a
10003114.49±57.35 1.84111.77
20004271.94±69.04 1.62113.76
30004806.00±63.44 1.3293.64干法消解法1954.32±80.51a
10003065.52±82.77 2.70111.12
20004275.92±78.32 1.83116.08
30005503.62±115.03 2.09118.31直接稀释法1783.50±91.65a
10002952.10±50.54 1.66116.86
20003865.70±92.03 2.32104.11
30005225.00±142.33 2.67114.72
干白酒样White wine 湿法消解法2499.94±57.50a
12003791.22±104.81 2.76107.61
24005355.81±143.56 2.68118.99
36006422.16±113.76 1.77108.95干法消解法2459.93±89.76a
12003591.33±114.62 3.1994.28
24004646.75±225.64 4.8691.12
36005336.33±110.46 2.0786.85直接稀释法2412.36±57.35a
12003740.88±75.94 2.03110.71
24004925.52±135.94 2.76105.23
36005853.60±172.68 2.9595.59
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