CN102967669A - 一种食醋中乙酸碳稳定同位素的快速测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种食醋中乙酸碳稳定同位素的快速测定方法，使用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法(GC-C-IRMS)进行测量，其包括采用乙醇稀释食醋样品的步骤和利用气相色谱(GC)分离稀释后样品中的乙酸的步骤。本发明利用GC-C-IRMS实现对食醋中乙酸碳稳定同位素快速测定，解决以往食醋中乙酸碳稳定同位素在测定前需纯化乙酸的系列前处理技术难题，将促进乙酸碳稳定同位素测定技术进步，也为今后粮食醋和水果醋产品真伪鉴别提供技术方法。

Description

一种食醋中乙酸碳稳定同位素的快速测定方法

技术领域

本发明属于稳定同位素分析技术领域，涉及一种食醋中乙酸碳稳定同位素的快速测定方法，具体就是通过气相色谱分离纯化乙酸并测定其碳稳定同位素的技术研究，可用于食醋（粮食醋和果醋）的质量鉴别分析。

背景技术

醋是日常生活重要饮品之一，根据工艺不同可分为酿造醋和配制醋[1,2]，其中酿造醋根据发酵原料不同，可以分为粮食醋和水果醋。果醋饮料由于独特的风味和保健作用在世界发达国家受到欢迎，被称作“第四代黄金饮品”。由于不同产品间呈现价格差异，市场上难免出现配制醋冒充酿造醋和果醋等现象。因此，研究醋产品真实性技术对于规范市场，促进公平竞争和保护消费者利益有重要意义。

随着科技发展，仅仅依靠物理化学常规指标难以有效识别食醋发酵原料和生产工艺。不同来源的食醋中的乙酸δ13C存在明显差异[3]，可作为醋真实性技术重要特征指标。目前，测定食醋中乙酸δ13C主要有两种方法，第一种方法通过微蒸馏提纯醋中乙酸，采用EA-IRMS进行测定；同时，也有报道采用顶空-固相微萃取技术[4]进行萃取浓缩食醋中乙酸，再进入GC-C-IRMS进行测定。第一方法采用蒸馏提纯前处理中需避免乙酸的同位素分馏，需要特殊的蒸馏装置以保证乙酸提取效果，操作费时费力；第二种方法采用固相微萃取技术提取醋中乙酸，提取过程中随着萃取头效率会造成不同程度乙酸同位素分馏，影响结果准确度。本文拟研究建立一种不需要复杂前处理技术，通过气相色谱柱分离后可稳定测定醋中乙酸的分析方法，为建立醋的真实性技术提供检测手段。

发明内容

为了克服上述各分离提纯乙酸并测定其δ13C方法的不足，本发明的目的是建立一种简单、快速、可靠的测定溶液中乙酸δ13C的方法，并将乙酸δ13C用于地球化学、环境、生态领域研究或鉴别食醋、果醋真伪，以便促进乙酸δ13C在科学研究中的应用、为商业上高档食醋、果醋的防伪提供碳同位素指纹标签。

简言之，本发明利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法(GC-C-IRMS)实现对食醋中乙酸碳稳定同位素快速测定，解决以往食醋中乙酸碳稳定同位素在测定前需纯化乙酸的系列前处理技术难题。本发明将促进乙酸碳稳定同位素测定技术进步，也为今后粮食醋和水果醋产品真伪鉴别提供技术方法。

以下对本发明方法进行详细描述。

本发明的一个目的是提供一种食醋中乙酸碳稳定同位素的快速测定方法，所述方法使用连续流-稳定同位素比值质谱(CF-IRMS)法进行测量，其包括采用乙醇稀释食醋样品的步骤和利用气相色谱(GC)分离稀释后样品中的乙酸的步骤。

更具体而言，本发明的溶液中乙酸碳稳定同位素的简单快速测定方法，包括以下步骤：

1)采用乙醇稀释样品，混匀待用；

2)配有Wax色谱柱的GC，用液体进样针进样，在载气的作用下分离乙醇、乙酸、水及其他化合物；

3)用在线燃烧装置将乙酸转化成CO₂；

4）用CF-IRMS测定乙酸产生的CO₂中δ¹³C。

上述步骤中，所述用乙醇稀释样品是指用色谱纯乙醇将样品中的乙酸浓度降至8g/L。

所述色谱条件为Wax毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；载气为氦气；柱流速1.2mL/min；进样口温度300℃；升温程序为：起始温度120℃，保持1min，以15℃/min升温至200℃，保持2min；进样体积1μL；分流比20:1。

另外，所述燃烧转化装置中配备陶瓷氧化管，填料为CuO，NiO和Pt，工作温度为1000℃，将乙酸转化成CO₂。

所述质谱条件为离子源真空1.8×10^-6mBar，电压3.06KV，电流1.50mA。

最后，所述δ¹³C由下式表示：

δ¹³C=（R_样品/R_标准-1）×1000

R_样品：样品中¹³C与¹²C的比值；

R_标准：标准物质V-PDB中¹³C与¹²C比值，¹³C/¹²C=（11237.2±90）×10^-6。

本发明的原理是利用乙醇降低样品中乙酸含量、减少水的体积分数，利用各种有机物质在色谱柱中的保留时间不同，经色谱柱分离后有选择性的将乙酸转移到燃烧炉中反应成CO₂，从而避免了水和各种有机物对乙酸测定的影响；用同样的条件测定参考物质乙酸（δ¹³C_V-PDB已知）中δ¹³C，然后根据参考物质乙酸测定值、真实值和样品的测定值得出样品的真实值，从而避免了碳同位素分馏的影响。

本发明建立的方法简单、快速、准确，且样品用量少。该发明面向国内外从事乙酸碳稳定同位素分析的高等院校和研究院所，各食品检测机构，将促进乙酸碳稳定同位素测定技术进步，也为今后粮食醋和水果醋产品真伪鉴别提供技术方法。

附图说明

图1乙醇与乙酸经GC-C-IRMS分析图谱；

图2果醋样品乙酸δ13C分析图谱；

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实例对本发明进一步说明。

实施例1

1材料方法

1.1仪器

Triplus自动进样器（Thermofisher公司），气相色谱仪（Trace GC，Thermofisher公司），燃烧转化装置（IsoLink，Thermofisher公司），稳定同位素比值质谱仪（DeltaV Advantage，Thermofisher公司）等。

1.2试剂

乙醇（国产色谱纯），冰乙酸（国产分析纯，EA-IRMS标定得δ¹³C_VPDB=-26.41±0.15‰），果醋（2011年FIT-PTS第二轮国际比对样品）。

1.3色谱条件

Wax毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；载气为氦气；柱流速1.2mL/min；进样口温度300℃；升温程序为：起始温度120℃，保持1min，以15℃/min升温至200℃，保持2min；进样体积1μL；分流比20:1。

1.4乙酸转化条件

燃烧转化装置（IsoLink）中配备陶瓷（Al₂O₃）氧化管（填料为CuO，NiO和Pt），工作温度为1000℃，将乙酸转化成CO₂。

1.5质谱条件：

离子源真空1.8×10^-6mBar，电压3.06KV，电流1.50mA；

1.6样品稀释

用乙醇（色谱纯）稀释食醋，至乙酸含量约8g/L左右于进样瓶待测。

1.7结果表示

δ¹³C=（R_样品/R_标准-1）×1000

R_样品：样品中¹³C与¹²C的比值；

R_标准：标准物质V-PDB中¹³C与¹²C比值，¹³C/¹²C=（11237.2±90）×10^-6；

2结果与分析

2.1保留时间确定

本文采用乙醇作为稀释溶剂，根据同位素质谱要求，溶剂峰应通过Backflush阀门控制进行排出，避免干扰乙酸有效燃烧成CO₂并测定其δ¹³C。考虑到乙醇和乙酸的挥发性，将乙醇和乙酸标准品混合置于顶空进样瓶，取进样瓶上层的乙醇和乙酸混合气体注入GC-C-IRMS进行测定，得到乙醇和乙酸的44，45和46离子图，具体见图1。

由图1可知，乙醇与乙酸的可有效分离，其中乙醇和乙酸的保留时间分别为309s和525s，满足采用Backflush阀门控制乙醇溶剂排出时间要求。

2.2乙酸δ¹³C测定精密度

模拟配置不同乙酸浓度的醋，根据以上条件进行多次重复测定，具体结果见表1：

表1不同浓度乙酸水溶液中乙酸δ¹³C测定结果

从表1可见，对于冰乙酸在连续16次测定，标准偏差σ=0.10‰，可达到文献所述的纯乙酸δ¹³C的稳定性为标准偏差σ范围为0.1‰～0.4‰^[18]。

不同浓度乙酸溶液测定结果稳定在-26.29～-26.41‰，标准偏差为0.05‰，满足于同位素质谱仪器稳定性要求＜0.2‰。因此，本文建立测定方法可有效测定不同乙酸浓度的模拟醋溶液δ¹³C，且步骤简单，操作简便。

2.3再现性分析

选择5%乙酸水溶液为试验对象，分别置于4个溶剂瓶A、B、C和D，其中A、B、C和D分别在第1天、第3天、第5天和第7天进行测定，测定结果见表2：

表2乙酸δ¹³C再现性分析

样品编号	δ13C（‰）	1σ(‰)	n
				A	-26.28	0.12	3
B	-26.37	0.05	3
				C	-26.39	0.14	3
D	-26.40	0.06	3
平均值	-26.36
				标准偏差(1σ)	0.05

从表2可见5%乙酸溶液中乙酸δ¹³C的测定结果稳定在-26.28～-26.40‰之间，与冰乙酸（δ¹³C=-26.41‰）十分接近，标准偏差0.05‰，完全满足重复测定要求（小于0.2‰），说明方法再现性很好。

2.4醋中乙酸δ¹³C测定

选择实际醋样品进行测定，44，45和46离子谱图见2。

从图2可见，食醋样品分析乙酸峰对称均匀，与其他杂峰明显分离，不存在杂峰干扰。

2.5准确性分析

2011年有8个国际实验室参与了欧洲联合研究中心（JRC）食品稳定同位素实验室间比对项目，8个实验室的测定结果见表3：

表3FIT国际实验室比对结果

实验室编号	测定结果δ13C(‰)	Z-Score
			D1	-27.22	-3.36
D3	-27.12	-3.06
			D2	-25.97	0.43
D8	-25.97	0.43

D9	-25.87	0.73
			D5	-25.68	1.31
D6	-25.66	1.37
			D4	-25.40	2.16

由表3可知，编号为D1、D3和D4的实验室测定结果与其他实验室差异较大，从Z-Score看明显离群，可见醋中乙酸δ¹³C的测定是一个世界性难题。剔除上述三个离散数据后，其余数据的平均值为-25.83‰，1σ=0.15‰。

本文以FIT-PTS项目的果醋为试验对象，将其分成a、b、c和d四份，分别稀释后进行测定，测定结果见表4：

表4果醋乙酸δ¹³C重复性测定结果

样品编号	δ13C（‰）	1σ(‰)	n
				a	-25.63	0.02	3
b	-25.62	0.02	3
				c	-25.70	0.02	3
d	-25.72	0.03	3
平均值	-25.65
				标准偏差(1σ)	0.06

表4数据表明，本文方法测定乙酸δ¹³C的平均结果为-25.65‰（与-25.83‰的差异小于0.2‰），并且此次测定值的标准偏差仅为0.06‰。

3结论

本研究建立了基于色谱分离技术快速、简单测定乙酸δ¹³C的方法，将样品至乙酸浓度8g/L左右，直接液体进样并以GC-C-IRMS测定乙酸δ¹³C。该方法操作简便，消耗样品少，稳定性好，准确性高，便于推广，为应用碳稳定同位素开展果醋真实性鉴别研究、检测奠定了方法基础。

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。

参考文献

[1]GB 18187-2000酿造食醋.

[2]SB 10337-2000配制食醋.

[3]RYOTA HATTORI，EITA YAMADA，HIROKI SHIBATA，et al.Measurement of the isotope ratio of acetic acid in vinegar by HS-SPME-GC-TC/C-IRMS[J].Journal of agricultural and food chemistry，2010，5(1)：7115-7118.

[4]YASUHIRO OBA，HIROSHI NARAOKA.Carbon and hydrogen isotopefractionation of acetic acid during degradation by ultraviolet light[J].GeochemicalJournal，2007，41：103-110.

Claims (7)

1.一种食醋中乙酸碳稳定同位素的快速测定方法，其特征在于，所述方法使用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法(GC-C-IRMS)进行测量，其包括采用乙醇稀释食醋样品的步骤和利用气相色谱(GC)分离稀释后样品中的乙酸的步骤。

2.一种食醋中乙酸碳稳定同位素的快速测定方法，包括以下步骤：

1)采用乙醇稀释食醋样品，混匀待用；

2)配有Wax色谱柱的GC，用液体进样针进样，在载气的作用下分离乙醇、乙酸、水及其他化合物；

3)用燃烧转化装置将乙酸转化成CO₂；

4）用CF-IRMS测定乙酸产生的CO₂中δ¹³C。

3.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：所述用乙醇稀释食醋样品是指用色谱纯乙醇将样品中的乙酸浓度降至8g/L。

4.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：所述色谱条件为Wax毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；载气为氦气；柱流速1.2mL/min；进样口温度300℃；升温程序为：起始温度120℃，保持1min，以15℃/min升温至200℃，保持2min；进样体积1μL；分流比20:1。

5.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：所述燃烧转化装置中配备陶瓷氧化管，填料为CuO，NiO和Pt，工作温度为1000℃，将乙酸转化成CO₂。

6.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：所述质谱条件为离子源真空1.8×10^-6mBar，电压3.06KV，电流1.50mA。

7.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：所述δ¹³C由下式表示：

δ¹³C=（R_样品/R_标准-1）×1000

R_样品：样品中¹³C与¹²C的比值；

R_标准：标准物质V-PDB中¹³C与¹²C比值，¹³C/¹²C=（11237.2±90）×10^-6。

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