气相色谱法同时测定白酒中甲醇和乙(己)酸乙酯

2013-09-07 10:36李超豪向乐曦杨春林
食品与机械 2013年1期
关键词:缩醛己酸乙酯

李超豪 胡 强 吴 蔚 向乐曦 杨春林

(乐山市产品质量监督检验所,四川 乐山 614000)

白酒的主要成分是乙醇、水(占总量的98%~99%),以及作为白酒呈香呈味物质的酸、酯、醇、醛等种类众多的微量有机化合物(占总量的1%~2%)。其中,乙酸乙酯和己酸乙酯在香气成分的构成方面占据着重要地位,决定了酒品的优良等级,中国 GB/T 10781.1——2006《浓香型白酒》和 GB/T 10781.2——2006《清香型白酒》标准明确规定了其界限含量范围。除了呈香呈味物质,白酒在发酵过程中还会产生微量的甲醇、杂醇油等对人体有害的物质,甲醇饮用过量会引起双目失明,严重者导致死亡[1],因此其含量为 GB 2757——1981《蒸馏酒及配制酒卫生标准》标准严格控制。甲醇、乙酸乙酯和己酸乙酯作为酒类检测的重要指标,准确地定性、定量尤为必要。

目前,甲醇检测方法依据 GB/T 5009.48——2003《蒸馏酒及配制酒卫生标准的分析方法》,该方法分为碱性品红亚硫酸比色法和气相色谱法。郐仲霞等[2]报道,碱性品红亚硫酸比色法操作繁琐、耗时长;气相色谱法快速、高效、准确,但中国国家标准还仍然要求采用分离效果较差的GDX-102填充柱。乙酸乙酯和己酸乙酯检测方法依据GB/T 10345——2007《白酒分析方法》,采用LZP-930柱,属PEG型柱。据报道[3],PEG、FFAP和 HP-INNO-Wax等色谱柱,能分离白酒中众多物质,但未能对性质极为相似的乙酸乙酯和乙缩醛进行有效地分离。本试验通过DB-WAX柱和LZP-930白酒分析专用柱的分析比较、色谱条件的优化,实现乙酸乙酯与乙缩醛分离,建立了白酒中同时检测甲醇(外标法)、乙酸乙酯和己酸乙酯(内标法)的毛细管气相色谱分析方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

白酒:市售;

甲醇:色谱纯,美国Tedia公司;

乙酸乙酯、己酸乙酯、乙酸正戊酯标准品:天津市化学试剂研究所;

乙醇(四无乙醇):分析纯,天津科密欧试剂有限公司。用超纯水配制成60%乙醇溶液;

试验用水:均为超纯水,本实验室自制。

1.2 仪器与设备

气相色谱—质谱联用仪(配有FID氢火焰检测器、AOC-20i自动进样器):GCMS-QP2012S型,日本岛津公司;

超纯水装置:Milli-Q型,美国Millipore公司。

色谱 柱:Agilent DB-WAX 型 (30m × 0.32mm ×0.25μm),美国安捷伦公司;

白酒分 析 专 用 柱:LZP-930型 (25m ×0.32mm ×1μm),中国科学院兰州化学物理研究所。

1.3 气相色谱条件

1.3.1 DB-WAX色谱柱的色谱条件 进样口温度220℃;检测器温度220℃;柱流速1.60mL/min;载气为氦气(纯度99.999%),载气流速30mL/min,H2流速40mL/min,Air流速400mL/min,尾吹流速30mL/min;采用分流进样方式,分流比35∶1,进样量1μL。程序升温条件:初始温度30℃,保持4min,以5℃/min升至60℃,再以10℃/min升至180℃,保持1min。

1.3.2 LZP-930白酒分析专用柱的色谱条件 进样口温度220℃;检测器温度220℃;柱流速1.80mL/min;载气为氦气(纯 度 99.999%),载 气 流 速 30mL/min,H2流 速40mL/min,Air流速400mL/min,尾吹流速30mL/min;采用分流进样方式,分流比30∶1,进样量1μL。程序升温条件:初始温度35℃,保持3min,以5℃/min升至124℃,再以15℃/min升至180℃,保持3.6min。

1.4 标准溶液的配制

分别称取甲醇1.013 8g、乙酸乙酯3.012 7g、己酸乙酯3.999 7g于100mL容量瓶中,用60%乙醇溶液稀释至刻度,配制成浓度为甲醇10.138g/L、乙酸乙酯30.127g/L、己酸乙酯39.997g/L的混合标准储备液。

准确称取乙酸正戊酯2.000g于100mL容量瓶中,用60%乙醇溶液稀释至刻度,配制成浓度为20.000g/L内标物标准溶液。

分别吸取0.10,0.50,1.00,2.00,4.00,6.00,8.00mL的混合标准储备液于100mL容量瓶中,逐一加入1.00mL的乙酸正戊酯内标物标准溶液,用60%乙醇溶液稀释至刻度,配制成系列混合标准工作液。

1.5 样品的处理

取适量白酒于10mL容量瓶中,加入100μL乙酸正戊酯内标溶液,用白酒定容至刻度,供上机分析使用。

2 结果与分析

2.1 色谱柱的探讨

目前,白酒研究大多使用DB-WAX柱、FFAP柱或HPINNO-Wax柱等类型的色谱柱,都使用以极性键交链或键合的固定相,能够有效地分离白酒中大多数的物质[3]。据报道[4-6],FFAP柱无法实现乙酸乙酯和乙缩醛的分离,HPINNO-Wax柱和部分PEG柱上乙酸乙酯和乙缩醛分离度较差。

试验选用LZP-930白酒分析专用柱和DB-WAX柱进行对比。由图1和图2可知,乙酸乙酯、乙缩醛在两种色谱柱上均能分离,但由于DB-WAX柱对低沸点分析物的分辨率更高,乙酸乙酯、乙缩醛在DB-WAX柱的分离度明显高于LZP-930柱。虽然如此,LZP-930柱仍能以峰高定量乙酸乙酯来解决分离度不佳造成的影响,DB-WAX柱则能以峰面积来定量,较以峰高定量更为准确。在加入相同浓度内标物的情况下,内标物在LZP-930柱的响应值不足DB-WAX柱的1/2,说明DB-WAX柱的检测灵敏度高于LZP-930白酒分析专用柱,即检出限更低。酒样在LZP-930柱上30min内完成分析,而DB-WAX柱只需15min,提高了1倍的分析效率。由图3和图4可知,在LZP-930柱上,甲醇出峰时基线突然升高,乙酸乙酯出峰点在乙醇的拖尾峰上,影响了甲醇和乙酸乙酯定量准确性。而DB-WAX柱基线平稳,乙酸乙酯在乙醇之前出峰,避免了高浓度乙醇峰的干扰,定量更为准确。本方法最终选择DB-WAX柱作为分析柱。

图1 白酒中甲醇、乙酸乙酯、乙缩醛、己酸乙酯在DB-WAX色谱柱上的分离色谱图Figure 1 Chromatogram of Methanol,Ethyl Acetate,Acetal and Ethyl Caproate in liquor on DB-WAX

图2 白酒中甲醇、乙酸乙酯、乙缩醛、己酸乙酯在LZP-930色谱柱上的分离色谱图Figure 2 Chromatogram of Methanol,Ethyl Acetate,Acetal and Ethyl Caproate in liquor on LZP-930

图3 甲醇、乙酸乙酯在LZP-930柱上的色谱峰图Figure 3 Chromatogram of Methanol,Ethyl Acetate on LZP-930

图4 甲醇、乙酸乙酯在DB-WAX柱上的色谱峰图Figure 4 Chromatogram of Methanol,Ethyl Acetate on DB-WAX

2.2 色谱条件的优化

2.2.1 柱温、升温速率的选择 柱温、升温速率直接影响待测组分的保留时间、分离度及峰形。试验最初选用50℃为初始温度、5℃/min的升温速率、流速1.5mL/min、分流比20∶1、载气为氮气的初始条件,结果发现乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇色谱峰部分重叠。考虑到3种组分都具有低沸点特性,初始温度过高造成了3种组分同时流出,故保持其它条件不变,采用30,35,40℃初始温度进行比较。由表1可知,初始温度为30℃,保持4min,乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇色谱峰分离度有显著提高。在程序升温的高温部分,升温速率采用10℃/min,加快了己酸乙酯出峰速度,且无杂峰干扰,有效地缩短了分析时间。

表1 乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇在不同初始温度下的分离度Table 1 Recolution of Methanol,Ethyl Acetate and Acetal on different initial temperature

2.2.2 柱流速的选择 DB-WAX毛细管柱为0.32mm细内径,柱流速过慢,会导致峰型增宽、拖尾,同时延长分析时间;柱流速过快,虽能缩短分析时间,但各组分不能完全分离,致 使 色 谱 峰 重 叠[7]。 试 验 采 用 1.2,1.4,1.6,1.8,2.0mL/min柱流速(表2)。结果显示,流速对各组分的分离影响不大,柱流速为1.6mL/min时,乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇、己酸乙酯分离良好,峰形最为尖锐。

表2 乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇在不同柱流速下的分离度†Table 2 Recolution of Methanol,Ethyl Acetate and Acetal on different column flow

2.2.3 分流比的选择 适当的分流比可改善峰形的对称性、峰宽大小,有效提高组分间的分离度,但峰形的改善会以降低灵敏度为代价,并会增大主体成分的歧化反应[8]。试验分别设置分流比为20∶1、35∶1、50∶1(表3)。结果表明,随着分流比的增加,各组分的峰形逐步变得尖锐,信号响应值逐步降低。当分流比35∶1时,乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇分离效果好,且各组分响应值较高。

表3 乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇在不同分流比下的分离度†Table 3 Recolution of Methanol,Ethyl Acetate and Acetal on different split retio

2.2.4 载气的选择 通常情况下,FID检测器载气为氢气、氦气、氮气3种。氢气分子量小,黏度小,有较大的线速度调节范围,分离效率最高,但在实际应用中存在很大安全隐患,因此试验选择选用氮气、氦气进行对比(表4)。结果发现,氦气作为载气时,乙酸乙酯和乙缩醛峰形尖锐对称,并且得到完全分离;而氮气作为载气时,乙酸乙酯和乙缩醛峰有部分重叠。这是由于氮气线速度过高会损失峰分离度和峰形[9],乙酸乙酯和乙缩醛的本身性质决定了需要较高的分离度,氦气具有与氢气相当的分离效率和线速度调节范围,且化学性质稳定,柱效高,所以使用效果更为理想。

表4 乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇在不同载气下的分离度†Table 4 Recolution of Methanol,Ethyl Acetate and Acetal on different carrier gas

2.3 定量方法、线性检测范围及方法检出限

2.3.1 定量方法的选择 本方法乙酸乙酯、己酸乙酯采用内标法定量,选用乙酸正戊酯为内标。内标法能够有效地降低仪器稳定性及试验环境所带来的定量误差。而内标物应为与待测组分性质相似、化学性质稳定且检测样品中不含有的物质,乙酸正戊酯不能作为甲醇的内标物,故甲醇采用外标法定量。

2.3.2 线性检测范围及方法检出限 在选定的色谱条件下,对系列混合标准工作液进样后绘制标准曲线。甲醇采用外标法定量,以系列浓度为横坐标,以目标化合物峰面积为纵坐标,进行线性回归计算;乙酸乙酯、己酸乙酯采用内标法定量,以系列浓度与内标物浓度比为横坐标,以目标化合物峰面积与内标物峰面积比为纵坐标,进行线性回归计算。以信噪比(S/N =3)为方法检出限,回归方程、相关系数、线性范围及检出限见表5。结果表明,3种组分在其线性范围内呈良好的线性关系,相关系数均大于0.999 5。

2.4 方法的精密度试验

方法的精密度以测定待测组分含量的相对标准偏差(RSD)来评价。将含有甲醇、乙酸乙酯和己酸乙酯的白酒样品重复测定6次,计算相对标准偏差(RSD)见表6。结果表明,各组分相对标准偏差(RSD)在0.3%~0.7%,本方法具有良好的精密度。

表5 各组分回归方程、相关系数、线性范围及方法检出限Table 5 Standard curves,correlation coefficients,detection limits of components

表6 方法精密度Table 6 Precision tests(n =6)

2.5 回收率试验

方法的准确度是通过待测组分在不同浓度下的回收率来评价。对白酒样品进行低、中、高3个添加水平回收率试验(见表7)。结果表明,各组分的回收率在94.3%~98.9%,本方法的测定结果准确可靠。

3 结论

本试验建立了白酒中甲醇、乙酸乙酯和己酸乙酯的毛细管气相色谱检测方法。通过比较DB-WAX柱和LZP-930白酒分析专用柱、优化色谱条件,乙酸乙酯与其干扰物乙缩醛在LZP-930白酒分析专用柱上有部分重叠,适合以峰高定量;而DB-WAX柱则达到完全分离,以峰面积定量提高了准确性。

中国国家标准中甲醇采用 GB/T 5009.48——2003《蒸馏酒与配制酒卫生标准的分析方法》,乙酸乙酯和己酸乙酯采用 GB/T 10345——2007《白酒分析方法》,本方法结合了外标法和内标法,同时检测了白酒中甲醇、乙酸乙酯和己酸乙酯,并选用DB-WAX柱在15min内完成样品分析,有效地缩短了分析时间,提高了日常工作效率。

表7 各组分在3个添加水平下的回收率Table 7 Average spike recoveries in three levels addition of components

通过精密度、回收率试验和大量样品实测表明该方法简单、快速、准确,适用于白酒检测,满足相关检测规范要求。

1 贡献,陈周平.气相色谱法与白酒分析[M].成都:四川科学技术出版社,1989.

2 郐仲霞,吴志明.白酒中甲醇含量的测定方法探析及对比[J].中小企业管理与科技,2007(11):273~274.

3 汤道文,王卫东,汤翠红,等.毛细管柱气相色谱法测定白酒中乙酸乙酯和乙缩醛[J].酿酒科技,2010(4):90~91.

4 陈发河,吴光斌.毛细管气相色谱法测定白酒中的甲醇、乙酸乙酯和杂醇油[J].食品科学,2007,28(1):232~234.

5 熊泽,邵伟,胡滨.鄂西地区几种畅销白酒中乙酸乙酯含量的测定[J].中国酿造,2012(6):177~180.

6 季津.气相色谱法分析发酵黄酒中酯类物质的研究[J].酿酒,2011(3):64~68.

7 莫国荣.程序升温毛细管气相色谱法测定白酒中甲醇和杂醇油[J].中国卫生检验杂志,2012,22(2):229~230.

8 胡坷平,程劲松,杨屹,等.快速毛细管气相色谱分析白酒中的香味成分[J].分析科学学报,2008,24(3):323~326.

9 吴烈均.色谱技术丛书[M].第二版.北京:化学工业出版社,2005.

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