酒類分析專用柱氣相色譜儀校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選擇

張房宇

(廣州市從化質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所，廣州 510925)

氣相色譜儀是酒類生產(chǎn)企業(yè)的必備分析儀器，用于檢測(cè)酒中甲醇和風(fēng)味物質(zhì)的含量。酒中的微量芳香成分十分復(fù)雜，包括醇、醛、酮、酸、酯等多類有機(jī)物質(zhì)，極性和沸點(diǎn)范圍較大，用傳統(tǒng)的填充色譜柱難以實(shí)現(xiàn)同時(shí)分離所有組分。采用商業(yè)化成熟的聚乙二醇石英毛細(xì)管柱(如DB–WAX、HP–WAP、ZB–WAX plus 等型號(hào))，結(jié)合程序升溫的氣相色譜法，可以分離分析酒中的醇、酯、醛、有機(jī)酸等幾十種物質(zhì)。食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.266—2016 《食品中甲醇的測(cè)定》中參考條件［1］規(guī)定的色譜柱為聚乙二醇石英毛細(xì)管柱，因而聚乙二醇石英毛細(xì)管柱是酒類分析專用色譜柱，廣泛地應(yīng)用于酒類的檢測(cè)及質(zhì)量控制。

筆者對(duì)酒類分析專用柱氣相色譜儀進(jìn)行檢定時(shí)，按照J(rèn)JG 700—2016 《氣相色譜儀檢定規(guī)程》規(guī)定，注入檢定氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)異辛烷中正十六烷標(biāo)準(zhǔn)樣品［2–3］，色譜圖中往往只出現(xiàn)溶劑峰而沒有正十六烷色譜峰，或者溶劑峰拖尾導(dǎo)致正十六烷色譜峰未能有效分離。筆者嘗試改變柱溫、載氣流量及程序升溫等方法條件，均未能有效分離出異辛烷中正十六烷。之所以出現(xiàn)以上情況，是因?yàn)榫垡叶际⒚?xì)管柱屬于強(qiáng)極性柱，對(duì)非極性的正十六烷和弱極性的異辛烷分離能力弱，即檢定規(guī)程規(guī)定的異辛烷中正十六烷標(biāo)準(zhǔn)樣品只適用于非極性(如OV–101［2,4］、HP–1 型)或弱極性色譜柱(如HP–5 型［5–6］)氣相色譜儀FID 的檢定［7–12］，并不適用于強(qiáng)極性的酒類分析專用柱氣相色譜儀的檢定。

龍?jiān)降龋?2］探討了采用乙酸正丁酯–乙醇溶液檢定DNP–Tw柱酒類分析氣相色譜儀的檢測(cè)限過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題和解決方法。閔世俊等［13］針對(duì)空氣質(zhì)量和酒類檢測(cè)用氣相色譜儀的使用特點(diǎn)，選取4 種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(正十六烷、甲苯中苯、甲醇中苯、乙酸正丁酯)對(duì)儀器的檢測(cè)限進(jìn)行檢定，通過(guò)分析對(duì)比，研究了不同標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)儀器檢測(cè)限的影響，所采用的色譜柱為HP–5 型柱，而并非酒類分析專用柱。迄今為止，未見適用于新國(guó)標(biāo)的酒類分析專用聚乙二醇柱氣相色譜儀的校準(zhǔn)方法和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。因此研究和篩選適用于酒類分析專用的強(qiáng)極性聚乙二醇柱氣相色譜儀校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，有利于保障酒廠用氣相色譜儀的量值準(zhǔn)確和有效溯源，也是對(duì)氣相色譜儀檢定規(guī)程適用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的補(bǔ)充，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜儀：GC–14C 型，配火焰離子化檢測(cè)器（FID），日本島津制作所。

電子天平：XSE205DU 型，量程為0～80 g 時(shí)感量為0.01 mg，量程為81～220 g 時(shí)感量為0.1 mg，瑞士梅特勒–托利多公司。

容量瓶：容量分別為100、25、5、2 mL，A 級(jí)。分度吸量管：最大量程分別為5、1 mL，A 級(jí)，檢定合格。

甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)樣品：編號(hào)為GBW(E)130324，5 mg/mL (U=3%，k=2)，國(guó)防科技工業(yè)應(yīng)用化學(xué)一級(jí)計(jì)量站。

甲醇：純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為99.90%，上海泰坦科技股份有限公司。

叔戊醇：純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為99.0%，上海泰坦科技股份有限公司。

乙醇：優(yōu)級(jí)純，純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為99.8%，廣州化學(xué)試劑廠。以氣相色譜標(biāo)準(zhǔn)加入法［14］測(cè)得其中甲醇的質(zhì)量濃度為0.066 3 mg/mL，叔戊醇未檢出。

乙醇溶液：體積分?jǐn)?shù)為40%，量取40 mL 乙醇，用純水定容至100 mL，混勻。其中甲醇的質(zhì)量濃度為0.026 5 mg/mL，叔戊醇未檢出。

甲苯：色譜純，純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為99.8%［15］，上海泰坦科技股份有限公司。以氣相色譜標(biāo)準(zhǔn)加入法［14］測(cè)得其中苯的質(zhì)量濃度為0.107 3 mg/mL。

實(shí)驗(yàn)用水為二級(jí)水。

1.2 色譜條件

色譜柱：ZB–WAXplus 型柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)Phenomenex 公司)；載氣：氮?dú)?質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.999%)，流量為1 mL/min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；FID 溫度：250 ℃；空氣流量：300 mL/min；氫氣流量：30 mL/min；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣，分流比為20∶1；進(jìn)樣體積：1 μL。

檢測(cè)乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)溶液柱溫為程序升溫：初始溫度為50 ℃，保持3 min，以10℃/min 升至200 ℃，保持5 min；檢測(cè)甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液的柱溫為恒溫120 ℃。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

乙醇中甲醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：5.000 mg/mL。實(shí)驗(yàn)室溫度控制在(20±2)℃，稱取0.500 0 g 甲醇于100 mL 容量瓶中，用乙醇溶液定容至標(biāo)線，混勻。

乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：5.000 mg/mL。準(zhǔn)確稱取0.500 0 g 叔戊醇于100 mL 容量瓶中，用乙醇溶液定容至標(biāo)線，混勻。

乙醇中甲醇和叔戊醇系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液：分別吸取0.5、2.5、5 mL 乙醇中甲醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于3 只25 mL 容量瓶中；分別吸取2.5 mL 乙醇中甲醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于1 只5 mL 容量瓶中，用乙醇溶液定容，依次配制成甲醇、叔戊醇質(zhì)量濃度均分別為0.1、0.5、1.0、2.5 mg/mL 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

甲苯中苯系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：分別吸取0、0.1、0.4、0.9 mL 的5 mg/mL 甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)樣品于4 只5 mL 容量瓶中；吸取1 mL 的5 mg/mL 甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)樣品于2 mL 容量瓶中，用甲苯定容，依次配制成苯質(zhì)量濃度分別為0.1、0.2、0.5、1.0、2.5 mg/mL 甲苯中苯系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)初選

聚乙二醇石英毛細(xì)管柱固定相為聚乙二醇，適用于醛類、醇類、游離酸、脂肪酸甲酯、芳香化合物、溶劑、香精油等物質(zhì)［7,15］的分離檢測(cè)。根據(jù)聚乙二醇石英毛細(xì)管柱的應(yīng)用范圍對(duì)校準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行初步篩選，剔除易水解的酯類，綜合考慮化學(xué)穩(wěn)定性、易制備和檢測(cè)條件，選擇甲苯中苯、乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)溶液作為標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行研究。

2.2 噪聲和漂移

在1.2 色譜工作條件下，分別恒定柱溫為50、120 ℃，記錄基線30 min，結(jié)果表明基線噪聲均為30 μV，漂移均為200 μV。此氣相色譜儀的工作站型號(hào)為CBM–102，功率放大內(nèi)阻為100 MΩ，換算為電流［16］，基線噪聲為0.3 pA，漂移為2 pA，此兩項(xiàng)均符合氣相色譜儀檢定規(guī)程規(guī)定。

2.3 檢測(cè)限

在1.2 色譜工作條件下，待基線穩(wěn)定后，用微量注量器注入質(zhì)量濃度為0.1～5.0 mg/mL 的乙醇中甲醇和叔戊醇混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)量?jī)纱危涗浵鄳?yīng)色譜峰面積。檢測(cè)限按式(1)計(jì)算［2］：

式中：D——FID 檢測(cè)限，g/s；

N——基線噪聲，A(或mV)；

w——標(biāo)準(zhǔn)樣品的質(zhì)量，g，因分流比為20∶1，則進(jìn)樣質(zhì)量為原進(jìn)樣量的1/21［5］；

A——標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜峰面積的算術(shù)平均值，A·s(或mV·s)。

標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜測(cè)試數(shù)據(jù)見表1～表3。

表1 乙醇中甲醇溶液的檢測(cè)限測(cè)定結(jié)果

表2 乙醇中叔戊醇溶液的檢測(cè)限測(cè)定結(jié)果

表3 甲苯中苯的檢測(cè)限測(cè)定結(jié)果

根據(jù)表1～3 數(shù)據(jù)分別計(jì)算得0.126 4～5.022 0 mg/mL 乙醇中甲醇的檢測(cè)限為19.8～25.3 pg/s，0.100 0～5.000 6 mg/mL 乙醇中叔戊醇的檢測(cè)限為11.9～14.6 pg/s，0.107 3～5.000 mg/mL甲苯中苯的檢測(cè)限為51.6～68.4 pg/s，均符合JJG 700–2016 規(guī)定(FID 檢測(cè)限不超過(guò)0.5 ng/s)的要求［2］。乙醇中叔戊醇的檢測(cè)限最小，乙醇中甲醇的檢測(cè)限次之，甲苯中苯的檢測(cè)限最大。

根據(jù)表1～3 數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、以色譜峰面積為縱坐標(biāo)分別繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，甲苯中苯的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1。結(jié)果表明，隨著標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度增加，相應(yīng)的色譜峰面積向X 軸彎曲，曲線斜率變小，檢測(cè)限略有增大；甲苯中苯的標(biāo)準(zhǔn)曲線尤其明顯。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為0.1～1.0 mg/mL 時(shí)檢測(cè)限接近；當(dāng)溶液的質(zhì)量濃度大于1.0 mg/mL 時(shí)，檢測(cè)限略有增加。因此選用的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度以0.1～1.0 mg/mL 為宜。

圖1 甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4 定性和定量重復(fù)性

在1.2 色譜工作條件下，分別選取質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL 乙醇中甲醇和叔戊醇混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)測(cè)量7 次，記錄對(duì)應(yīng)物質(zhì)的保留時(shí)間和色譜峰面積，色譜圖分別見圖2、圖3，色譜峰面積及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見表4。JJG 700—2016 規(guī)定FID 定性重復(fù)性不超過(guò)1%（只適用于自動(dòng)進(jìn)樣），定量重復(fù)性不超過(guò)3%［2］。本實(shí)驗(yàn)所用氣相色譜儀為手動(dòng)進(jìn)樣，因此不對(duì)定性重復(fù)性進(jìn)行討論。由表4 可知，乙醇中甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定值的相對(duì)偏差最大，乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)溶液與甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液接近，三種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的色譜峰面積相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均滿足檢定校準(zhǔn)技術(shù)要求。由圖2、圖3 可以看出，乙醇中甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜峰不如乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)溶液、甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜峰對(duì)稱性好，甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜峰的對(duì)稱性為最優(yōu)。乙醇中甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜保留時(shí)間為2.472 min，乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜保留時(shí)間為3.802 min，甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜保留時(shí)間為5.467 min，均能將單次進(jìn)樣時(shí)間控制在10 min 內(nèi)，這樣可以保證將一臺(tái)酒類分析專用柱色譜儀的校準(zhǔn)時(shí)間控制在2 h 之內(nèi)。

表4 3 種標(biāo)準(zhǔn)溶液的定性重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

圖2 乙醇中甲醇和叔戊醇混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖

圖3 甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖

2.5 校準(zhǔn)結(jié)果

分別使用乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇、甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對(duì)同一臺(tái)酒類分析專用聚乙二醇柱氣相色譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果列于表5。由表5 數(shù)據(jù)可知，使用3 種標(biāo)準(zhǔn)溶液作為校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，儀器校準(zhǔn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［2］。

表5 3 種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)儀器的校準(zhǔn)結(jié)果

2.6 注意事項(xiàng)

應(yīng)用酒類專用分析柱氣相色譜法分析酒基樣品時(shí)，需注意程序升溫條件，柱溫箱一定要升溫至200 ℃左右并保持5 min，以利于酒基樣品中高沸點(diǎn)有機(jī)物(如β-苯乙醇)排出，若高沸點(diǎn)的有機(jī)物殘留在色譜柱中，會(huì)影響之后樣品的分離效果。因此，在對(duì)酒類專用分析柱氣相色譜校準(zhǔn)前，柱溫應(yīng)升高至合適的溫度，并預(yù)先對(duì)酒類專用分析柱進(jìn)行老化。

3 結(jié)論

（1）乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇和甲苯中苯標(biāo)準(zhǔn)溶液用作校準(zhǔn)酒類專用分析柱氣相色譜儀的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)，其定量重復(fù)性、檢測(cè)限均符合檢定校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)要求。

（2）乙醇中甲醇不如乙醇中叔戊醇、甲苯中苯的色譜峰對(duì)稱性好。

（3）等濃度的乙醇溶液中叔戊醇響應(yīng)值最高，且其檢測(cè)限低于乙醇中甲醇、甲苯中苯。

綜上所述，乙醇中叔戊醇標(biāo)準(zhǔn)溶液最適于作為聚乙二醇酒類專用分析柱氣相色譜儀的校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。