Bestimmung von Schwermetallen in Wein mittels simultaner ICP-OES
Essen und Getränke sind immer ein heißes Diskussionsthema und stehen im Mittelpunkt der „state of the art“ Analysetechniken. Lebensmittelskandale auf der ganzen Welt – von Eiern bis hin zu Pferdefleisch, verdorbenem Wein, Öl und Milch – zwingen die Europäische Gemeinschaft, einen integrierten Ansatz zur Lebensmittelkontrolle einzuführen. Das Ziel ist ein hohes Maß an Lebensmittelsicherheit, Tiergesundheit, Tierschutz und Pflanzengesundheit innerhalb der Europäischen Union durch so genannte „vom Erzeuger zum Verbraucher“-Maßnahmen und Überwachung, um das effektive Funktionieren des europäischen Marktes zu gewährleisten.
Weinqualität
Die Qualitätsstandards für die Weinanalytik sind in nationalen Weinverordnungen, wie der „Deutschen Weinverordnung“ (Bundes-gesetzblatt Teil1 Nr. 32) vom 22. Mai 2002 (zuletzt überarbeitet im Jahr 2012) festgelegt. Sie umfasst die Klassifizierung von Weinen aus verschiedenen Lagen, sowie das Herstellungsverfahren, die Alkoholkonzentration und die maximal zulässigen Konzentrationen der Elemente in der Tabelle.
| Element | Max. Konzentration [mg/L] |
|---|---|
| Aluminium | 8,00 |
| Arsen | 0,10 |
| Boron | 80,0 |
| Kadmium | 0,01 |
| Kupfer | 2,00 |
| Blei | 0,25 |
| Zinn | 1,00 |
| Zink | 5,00 |
Tabelle 1: Maximal zulässige Konzentrationen von Elementen in Wein
Quantitative Analyse
Für die quantitative Bestimmung der Elemente im erforderlichen Konzentrationsbereich ist die ICP aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, ihres großen dynamischen Bereichs und ihres hohen Probendurchsatzes das bevorzugte Werkzeug für die Qualitätskontrolle. Abbildung 1 zeigt den neuen simultanen ICPE-9820 mit CCD-Detektor (ladungsgekoppeltes Gerät), der für alle Bestimmungen verwendet wurde. Diese Systemkonfiguration ist mit einem einzigartigen optischen System ausgestattet, das in Bezug auf Leistung und Geschwindigkeit neue Maßstäbe setzt und für jede Art von komplexen Proben wie z.B. die Weinanalyse optimiert werden kann.
Das Vakuumsystem ermöglicht die präzise Analyse von Elementen im unteren UV-Bereich unter extrem stabilen Bedingungen. Der Einsatz eines Mini-Brenners ermöglicht einen Kühlgasdurchsatz von nur 10 L/min. Der Systemaufbau für die Bestimmung niedriger Schwermetallkonzentrationen in Wein wurde mit der Dual-View-Option optimiert, um Elemente mit niedriger Konzentration gleichzeitig mit Elementen mit hoher Matrix zu analysieren. Die Weinproben wurden 4-fach verdünnt und auf die gleiche Weise wie wässrige Lösungen in der Zyklonkammer abgesaugt. Die Standardlösungen wurden mit Ethanol hergestellt, um die Matrix mit einer Ethanolkonzentration von 3,5% nach der Verdünnung auf die Matrix abzustimmen und direkt in den Mini-Brenner zu aspirieren. Tabelle 2 zeigt eine Zusammenfassung der Systemparameter.
| Parameter | Einstellung |
|---|---|
| Leistung des RF-Generators | 1,2 kW |
| Kühlgas | 10 l/min |
| Plasmagas | 0,6 l/min |
| Trägergas | 0,7 l/min |
| Zerstäuber | koaxial |
| Plasmabeobachtung | axial/radial |
| Sensitivität | breites Spektrum |
| Belichtungszeit | 15 sec. |
Tabelle 2: Analytische Bedingungen für die Weinanalyse
Die Kupferkonzentration in Wein ist auf eine Höchstkonzentration von 2 mg/L begrenzt. Bei höheren Kupferkonzentrationen kann der Wein einen metallischen, bitteren Geschmack haben, und auch der Gärungsprozess wird durch höhere Kupferkonzentrationen beeinflusst. Kupfer im Wein stammt aus dem Bordeaux-Mischungsfungizid, einer Mischung aus Kupfer(II)-sulfat (CuSO4) und Calciumhydroxid (Ca(OH)2)-Lösung, die in Weinbergen zum Schutz vor Falschem Mehltau und anderen Pilzen verwendet wird. Da die Bordeaux-Mischung in großen Mengen angewendet wird, reichert sich das Kupfer im Boden an und wird zu einem Schadstoff. Aus diesem Grund wird das Bordeaux-Gemisch in der Europäischen Gemeinschaft voraussichtlich ab 2016 verboten sein. Die Kalibrierkurve in Abbildung 3 zeigt die Standards mit Konzentrationen von 250μg/L bis zur Maximalkonzentration von 1000 μg/L. Die Nachweisgrenze wird mit < 0,02μg/L (3 s) berechnet. Darüber hinaus ist die Bestimmung von Arsen und Blei wichtig, da diese Elemente immer noch in der Umwelt zu finden sind, die aus Bleiarsenat (PbHAsO4) erzeugt wird, das bis 1988 als anorganisches Insektizid verwendet wurde; danach wurde es offiziell verboten.
Fazit
Für die Elementanalyse ist die ICP-OES-Spektrometrie mit einem Simultaninstrument das „state of the art“-Werkzeug für die tägliche Routine in der Qualitätskontrolle von Weinproben. Das ICPE-9820 in Dual-View-Konfiguration ist flexibel genug, um Kalibrierbereiche in axialer Ansicht in Konzentrationen im ppb-Bereich und gleichzeitig hohe Konzentrationen von Bor, Kalium, Natrium und anderen Stoffen im ppm-Bereich auch in radialer Betrachtung zu erreichen.