CN102967661B

CN102967661B - 一种饮料酒中乙醇的氧稳定同位素的快速测定方法

Info

Publication number: CN102967661B
Application number: CN201210420806.7A
Authority: CN
Inventors: 钟其顶; 王道兵; 熊正河
Original assignee: China National Research Institute of Food and Fermentation Industries
Current assignee: China National Research Institute of Food and Fermentation Industries
Priority date: 2012-10-28
Filing date: 2012-10-28
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2032-10-28
Also published as: CN102967661A

Abstract

本发明涉及一种测定饮料酒中乙醇氧稳定同位素的方法，属于稳定同位素分析技术领域。包括以下步骤：1)采用丙酮稀释饮料酒，混合待用；2)液体进样针进样，采用配有分子筛毛细色谱柱的GC分离乙醇、丙酮、水及其他含氧化合物；3)用在线裂解装置将乙醇转化成CO；4）用CF-IRMS测定乙醇产生的CO中δ¹⁸O；5）根据同位素参考物质的δ¹⁸O测定值，校正计算样品乙醇δ¹⁸O_VSMOW。本发明利用GC-TC-IRMS实现了饮料酒乙醇氧稳定同位素的快速测定，解决了以往饮料酒中乙醇氧稳定同位素在测定前需纯化乙醇的系列前处理技术难题。项目将促进乙醇氧同位素测定技术进步，也为今后饮料酒或生物燃料的鉴伪、代谢途径的研究提供技术方法。

Description

一种饮料酒中乙醇的氧稳定同位素的快速测定方法

技术领域：

本发明涉及一种测定含乙醇的溶液中乙醇稳定氧同位素比值的方法，特别地是涉及测定饮料酒中乙醇稳定氧同位素比值的方法。本发明还涉及鉴定饮料酒真实性（例如产地来源真实性）的方法。

背景技术：

饮料酒是指酒精度（乙醇）含量超过0.5%以上的酒精饮料（GB/T 17204-2008），可见乙醇是饮料酒的特征主体成分，尤其在威士忌、白兰地和中国白酒等产品中，乙醇含量基本上都超过40%。饮料酒中的乙醇主要来源于原料经微生物发酵代谢生成，因此，通过乙醇O同位素可以溯源酒的原料信息。比如，通过葡萄酒中乙醇氧同位素检测，可以溯源到葡萄产区信息，达到产地葡萄酒有效鉴别。

虽然，饮料酒中乙醇氧同位素在酒类真实性方面有了应用，但饮料酒中乙醇氧同位素测定仍是稳定同位素分析领域的技术难题。饮料酒中乙醇和水基本上占酒中98%以上，由于乙醇（CH₃CH₂OH）和水（H₂O）均存在氧元素，因此，水中氧元素是影响乙醇氧同位素测定主要干扰因素。目前，国际上在测定饮料酒中乙醇同位素主要采用微蒸馏装置将乙醇从饮料酒中提取出来，然后采用分子筛脱除乙醇中微量水，获得无水乙醇；然后运用TC/EA-IRMS进行测定（Giovanni Calderone;et al.Isotopic analysisof ethanol：study on ¹⁸O/¹⁶O measurement using a high-temperature pyrolysis systemcoupled to an isotope ratio mass spectrometer）。由于以上操作繁琐，应用和推广方面尚存在技术难题。而且根据FIT-PTF国际比对可见，参与比对实验室51家仅有6家可准确测定饮料酒中乙醇氧同位素。

2007年有文献报道，采用SPME萃取溶液中乙醇，经热脱附进入GC-TC-IRMS测定，实现准确测定乙醇中氧同位素比值。该项技术化简了乙醇和水溶液微蒸馏步骤，但增加固相萃取过程平衡时间（12小时）和实验成本（固相微萃取柱平均30～50元/次），而且只能用于乙醇含量30%以上的蒸馏酒，不适用于酒精度小于30%的发酵酒。（Blanca O.Aguilar-Cisneros;et al.Tequila authenticity assessment by headspaceSPME-HRGC-IRMS analysis of ¹³C/¹²C and ¹⁸O/¹⁶O ratios of ethanol；Keita Yamada;et al.Determination of hydrogen,carbon and oxygen isotope ratios of ethanol in aqueous solution atmillimole levels.）

发明内容：

本领域急需无需复杂的前处理，操作简单，成本低，和/或精密度高的测定乙醇氧同位素的方法，以解决乙醇分离过程中分离度不高、存在分馏风险、消耗大量样品、和/或分离测定时间长等关键技术问题，从而有利于乙醇中氧同位素在饮料酒/生物燃料真实性鉴别、代谢途径研究领域的推广与应用。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了可直接进样，采用GC-TC-IRMS测定含乙醇的溶液（例如饮料酒和生物燃料）中乙醇的氧同位素比值测定方法，以实现例如鉴定饮料酒真实性（例如产地来源真实性）的目的。

具体而言，本发明提供了测定含乙醇的溶液中乙醇稳定氧同位素比值的方法，优选地，其中所述的含乙醇的溶液是饮料酒，例如葡萄酒、琴酒（Gin）、威士忌（Whisky）、白兰地（Brandy）、伏特加（Vodka）、朗姆酒（Rum）和龙舌兰酒（Tequila）、中国白酒（Spirit）、日本清酒（Sake）。

本发明还涉及鉴定饮料酒真实性（例如产地来源真实性）的方法。

本发明的方法采用GC-TC-IRMS进行测定含乙醇的溶液中乙醇稳定氧同位素比值的，其中包括用丙酮将含乙醇溶液中的乙醇进行稀释以及使用毛细管柱实现其中的GC操作。

由于本发明采用了丙酮稀释（即用丙酮将含乙醇溶液中的乙醇进行稀释）和毛细管柱的结合，从而使得将乙醇和水进行100%分离纯化，经过高温裂解后进入稳定同位素质谱仪器测定，获得含乙醇的溶液中乙醇的氧同位素比值。

可选择的，本发明的方法包括以下步骤：

1)采用丙酮稀释含乙醇样品，以使乙醇转化成的CO能够满足IRMS的测定要求；

2)采用分子筛毛细色谱柱在载气的作用下分离乙醇、丙酮、水及其他含氧化合物；

3)用在线裂解装置将乙醇转化成CO；

4）用IRMS（例如CF-IRMS）测定乙醇产生的CO中δ¹⁸O；

5）计算样品的乙醇δ¹⁸O_VSMOW的值由，优选的，该值由参考物质（乙醇或其他）校正而来。

进一步地，本发明的方法包括：

a)用丙酮将含乙醇的溶液（例如饮料酒）中的乙醇进行稀释，（优选地，要求乙醇经燃烧进入同位素质谱仪信号应在2-7V间），将稀释的乙醇装入2mL进样瓶；

b)设置GC条件参数，优选地，所述GC条件参数如下：进样体积1uL；进样口温度：200℃；恒流模式：1.2mL/min；分流进样模式：20:1；采用程序升温100℃/2min//10//150℃/5min//20//200℃/1min；

c)任选地，确认稳定同位素比值质谱仪的工作环境、气密性、离子室的真空度均符合要求，然后检验仪器测定CO中δ¹⁸O的精密度和稳定性，必要时调整离子源参数值；

d)设置裂解管参数，例如将裂解管温度设置为1280℃；

e)任选地，样品测定前，优化裂解管反应条件，例如优选条件为：将裂解管温度达到1280℃后，通入一定体积的CH4气体在裂解管内部涂布一层C；

f)仪器进入稳定状态后，采用乙醇标准品和丙酮标准品保留时间定性，获得乙醇和丙酮出峰位置；

g)设置质谱参数：编制测定程序，有选择的乙醇进入裂解管进行反应；

h)测定样品：在氧同位素测定条件下，选定两点标准漂移校正模式在样品盘上摆放好待测样品，在计算机控制下，测定δ¹⁸O；

i)得到δ¹⁸O_VSMOW数据，优选地，根据两点标准漂移校正模式，通过参考物质δ¹⁸O_VSMOW的真实值和测定值计算得出样品δ¹⁸O_VSMOW。

本发明的方法无需复杂的前处理，操作简单，成本低，和/或精密度高的测定乙醇氧同位素，解决了乙醇分离过程中分离度不高、存在分馏风险、消耗大量样品、和/或分离测定时间长等关键技术问题，有利于乙醇中氧同位素在饮料酒/生物燃料真实性鉴别、代谢途径研究领域的推广与应用。

附图说明：

附图1GC-TC-IRMS测定乙醇δ¹⁸O_VSMOW的离子流图谱，其中上图的纵坐标是比率(Ratio)，下图的纵坐标是强度(Intensity[mV])；

附图2连续测定乙醇δ¹⁸O_VSMOW重复性（Std为0.3‰）；

附图3水溶液中乙醇含量不同时，乙醇δ¹⁸O_VSMOW测定值（平均值为+18.5‰；Std为0.22‰）；

附图4质控样乙醇δ¹⁸O_VSMOW日间变异（平均值为+26.3‰；Std为0.7‰）。

具体实施方式：

下面将通过借助以下实施例来更详细地说明本发明。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本发明并不受下述实施例的限制。

实施例一：

乙醇中δ¹⁸O_VSMOW的测定：

a）以无水乙醇（99.9%）和蒸馏水为实验材料，配制1%、5%、10%、20%、40%、60%、80%和99.9%的乙醇水溶液，用丙酮对上述溶液进行相应稀释后，装入2mL样品瓶中，放在样品盘中等待测定；

b）设置GC条件参数：进样体积1uL；进样口温度：200℃；恒流模式：1.2mL/min；分流进样模式：20:1；采用程序升温100℃/2min//10//150℃/5min//20//200℃/1min；

c）确认稳定同位素比值质谱仪的工作环境、气密性、离子室的真空度均符合要求，然后检验仪器测定CO中δ¹⁸O的精密度和稳定性，必要时调整离子源参数值；

d）设置裂解管参数：裂解管温度为1280℃；

e）优化裂解管反应条件：裂解管温度达到1280℃后，通入一定体积的CH₄气体在裂解管内部涂布一层C；

f）仪器稳定后，采用乙醇标准品和丙酮标准品获得水、乙醇、丙酮这三种物质（色谱纯有机溶剂中含有少量水）各自的出峰时间；

g）设置质谱参数：编制测定程序，有选择的乙醇进入裂解管进行反应；

h）测定样品：在氧同位素测定条件下，选定两点标准漂移校正模式。在计算机控制下，测定乙醇δ¹⁸O，得到质量为28,29,30的离子流图（附图1），测定完毕后，δ¹⁸O由计算机自动计算给出；

i）得到δ¹⁸O_VSMOW数据：根据两点标准漂移校正模式，通过参考物质的δ¹⁸O_VSMOW校正得出上述溶液的乙醇中δ¹⁸O_VSMOW，结果见附图2、附图3。

附图2表明，连续测定乙醇δ¹⁸O_VSMOW的Std为0.3‰（小于仪器测定误差0.8‰），重复性良好；附图3表明，无论溶液中乙醇含量是多少，溶液中的水均不会影响乙醇δ¹⁸O_VSMOW的测定，表明该方法中所用的分离技术能够100%分离乙醇和水及其他含氧有机物；

j)根据上述测定条件及数据计算方法，选择一葡萄酒作为质控样，在不同时间进行测定乙醇δ¹⁸O_VSMOW，结果见附图4。附图4表明，该方法测定乙醇δ¹⁸O_VSMOW不存在日间变异。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims

1.采用GC-TC-IRMS测定含乙醇的饮料酒中乙醇的稳定氧同位素比值或鉴定其真实性的方法，其中包括用丙酮将含乙醇的饮料酒中的乙醇进行稀释以及使用毛细管柱实现其中的GC操作，其包括以下步骤：

1)采用丙酮稀释含乙醇的饮料酒，以使乙醇转化成的CO能够满足IRMS的测定要求；

3)用在线裂解装置将乙醇转化成CO；

4)用IRMS测定乙醇产生的CO中δ¹⁸O；

5)计算样品的乙醇δ¹⁸O_VSMOW的值，

其中，当测定样品乙醇的δ¹⁸O时，色谱条件如下：分子筛毛细色谱柱，GC进样口温度200℃，分流进样模式为20:1，载气为高纯氦气，采取恒流模式，柱温采用程序升温:初始温度100℃，保持2min，以10℃/min升温至150℃，保持5min，后20℃/min升至200℃，保持1min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据参考样品中氧同位素比值进行计算样品乙醇中δ¹⁸O_VSMOW。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其包括：

a)用丙酮将含乙醇的饮料酒中的乙醇进行稀释，将稀释的乙醇装入2mL进样瓶；

b)设置GC条件参数，所述GC条件参数如下：进样体积1μL；进样口温度：200℃；恒流模式：1.2mL/min；分流进样模式：20:1；采用程序升温：初始温度100℃，保持2min，以10℃/min升温至150℃，保持5min，后20℃/min升至200℃，保持1min；

d)设置裂解管参数；

e)任选地，样品测定前，优化裂解管反应条件；

i)得到δ¹⁸O_VSMOW数据。

4.根据权利要求1的方法，其中所述的真实性是产地来源真实性。

5.根据权利要求1的方法，其中所述的IRMS是CF-IRMS。

6.根据权利要求3的方法，其中将裂解管温度设置为1280℃。

7.根据权利要求3的方法，其中在步骤i)中根据两点标准漂移校正模式，通过参考物质δ¹⁸O_VSMOW的真实值和测定值计算得出样品δ¹⁸O_VSMOW。