Optima系列电感耦合等离子体-发射光谱法测定啤酒中多元素_Hergenreder Randy.pdf

应用报告 Optima 系列电感耦合等离子体 － 发射光谱法测定啤酒中多元素 Determination of Multi- elements in Beers by Optima Series Inductively Coupled Plasma- Atomic Emission Spectrometry Hergenreder Randy，Bosnak Cynthia P PerkinElmer Life and Analytical Sciences， 710 Bridgeport Avenue，Shelton，CT 06484，USA 珀金埃尔默仪器 上海 有限公司地址 上海张江高科技园区李冰路 67 弄 4 号楼邮编 201203 电话 021 －38769510传真 021 －50791310E- mail ji － jun． yao perkinelmer． com 网址 http ∥www． perkinelmer． com． cn 作为一种具有悠久历史的饮料， 啤酒的出现可追溯至 公元前 6000 年。啤酒中元素的分析是决定啤酒质量的重 要参数指标; 而由于啤酒中存在的乙醇、 溶解性固体以及 CO2使得元素分析变得更加复杂。对于一些影响到啤酒口 味的元素 包括 Fe 和 Cu ， 其浓度通常都是非常低的; 一些 已知的高浓度元素 如 K ， 含量通常可达几百 mg/L， 这对 仪器的检出限提出了更高的要求。 由于电感耦合等离子体发射光谱法 ICP － AES 具有 多元素分析的能力， 同时有很宽的动态线性范围和低检出 限 轴向观测模式具有更低的检出限 ， 使得它成为啤酒中 元素仪器分析的理想选择。ICP － AES 宽的线性范围可以 使样品不需要进一步稀释， 便可完成啤酒样品中高、 低含量 元素的分析。 对于啤酒的 ICP － AES 分析， 直接进样将具有挑战性。 要求在标准溶液中对样品所含的乙醇浓度进行匹配; 仪器 的进样系统需要专门对挥发性有机物进行优化; 由于样品 中含有较高水平的溶解性固体， 雾化器和喷射管都必须能 够满足样品分析而不造成堵塞; 啤酒样品中的 CO2必须去 除， 以避免在雾化过程中释放出气体而造成检测重复性较 差的问题。 美国酿酒业者协会 ASBC 针对如何使用 ICP － AES 进行啤酒分析， 研究开发了一系列的检测方法。本文使用 许多最新研究开发的参数， 用 Optima系列 ICP － AES 美 国 PerkinElmer 公司 对 4 份啤酒样品， 分别在两个实验室 中进行分析， 这些样品来源于不同的商标和不同的产品 类型。 1实验部分 1． 1仪器及工作参数 Optima 5300DV 和 Optima 2100DV 电感耦合等离子体 发射光谱仪 美国 PerkinElmer 公司 。Optima 5300DV 系 统采用中阶梯光栅和专利的分段式 CCD 检测器 SCD ， 可同时检测背景信号和分析物元素的发射谱线， 以对瞬时 起伏变化的背景信号进行准确校正; Optima 2100DV 系统 采用双单色仪和背投式 CCD 检测器， 具有高分辨率、 高检 测速度的能力， 专利的动态波长校正技术确保了检测波长 的准确度与可靠性。 为了降低样品中存在的乙醇等挥发性有机物和高溶解 性固体的影响， 仪器配置了 Burgener Mira Mist雾化器、 带 隔板的玻璃漩流雾室、 1． 2 mm 口径的石英喷射管 喷射管 接头口径 1． 2 mm 、 石英单缝炬管 见图 1 和图 2 。 仪器工作参数列于表 1。 图 1仪器进样系统 图 2快速更换炬管支架 Ⅲ ChaoXing 表 1仪器工作参数 参数数值参数数值 功率1400 W炬管安装位置－3． 0 mm 等离子气流量17 L/min重复次数3 辅助气流量1． 0 L/min积分时间5 ～20 s 雾化气流量0． 5 L/min径向观测位置15 mm 蠕动泵泵速2． 0 mL/min 由于不同的样品之间存在黏度和乙醇浓度的差异， 在 分析过程中采用内标进行校正。对径向观测和轴向观测， 分别采用 Ga 和 Y 作为内标元素， 在所有的检测溶液中都 加入相同浓度的 Ga 和 Y， 最终溶液中 Ga 和 Y 的浓度分别 为 100 mg/L 和 20 mg/L。表 2 列出所有待测元素的波长、 观测模式和对应的内标元素。 表 2待测元素的波长、 观测模式和对应的内标元素 待测元素 波长 λ/nm 观测模式内标元素和观测模式 K766． 490径向Ga， 径向 Na589． 592径向Ga， 径向 Mg279． 077径向Y， 径向 Ca317． 933径向Y， 径向 Fe238． 204轴向Y， 轴向 Cu324． 752轴向Ga， 轴向 Zn213． 857轴向Ga， 轴向 Y371． 031径向和轴向－ Ga417． 206径向和轴向－ 1． 2样品制备 分取部分样品， 并将其放置于低温震荡箱 器 中温和 震荡几分钟以去除大多数 CO2， 再使用超声波脱气处理 15 min。在处理后的啤酒样品中加入一定浓度的内标元素 溶液， 并用高纯度低痕量金属元素的等级 HNO3将样品溶 液进行酸化处理， 最后酸度控制为 φ 7 体积分数， 下 同 的 HNO3。所有的标准溶液及空白溶液中都加入 5的 乙醇和 7的 HNO3进行样品基体匹配。 2分析结果 样品中待测元素的分析结果见表 3。在啤酒中 K 的浓 度可达到很高的级别， 而 Fe 和 Cu 的含量都处于很低的水 平。由于 ICP －AES 具有很宽的动态线性范围， K 标准溶液 的浓度可以高达1000 mg/L， 能够检测高含量的K， 不需要进 一步稀释和第二次样品的分析过程。 表 3样品中待测元素的分析结果 待测元素 ρB/ mgL－1 啤酒 A 啤酒 B 啤酒 C 啤酒 D K590203273212 Na42． 615． 858． 913． 6 Mg10648． 560． 152． 1 Ca47． 129． 634． 049． 7 Fe0． 0530． 0320． 0250． 044 Cu0． 0440． 0020． 0140． 013 Zn＜0． 0020． 152＜0． 002＜0． 002 在分析中使用了不同的谱线进行检测， 以检查潜在的 光谱干扰。对于主量元素， 检测结果的精密度 RSD 优于 4; 对于含量大于 0． 05 mg/L 的元素， RSD 典型值小于 10。4 份独立的啤酒样品中主量元素的精密度都优于 5; 而样品中某些元素 如 Cu 和 Zn 的浓度接近检出限， 并可能存在潜在的污染， 其 RSD 偏高。 3结语 对于啤酒样品， 准确和精密的分析要求给检测工作带 来了挑战。使用 Optima系列电感耦合等离子体发射光 谱， 采用双向观测光路设计和优化的进样系统， 对样品和标 准溶液进行仔细的前处理， 在所选择的元素谱线上没有发 现光谱干扰， 同时内标元素的采用使分析结果准确性高， 精 密度好。该方法对于啤酒样品的分析， 具有较强的实用性。 4参考文献 ［ 1］Chairman D Sedin． Elemental analysis of beer and wort by induc- tively coupled plasma- atomic emission spectroscopy［ J］ ． Journal of the American Society of Brewing Chemists， 2004， 62190． Ⅳ ChaoXing