黃 貞

（福州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所,福建 福州 350008）

飲料酒中甲醇與雜醇油的氣相色譜法分析

黃 貞

（福州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所,福建 福州 350008）

為了提高酒中甲醇、雜醇油測定的精密度和準(zhǔn)確度，節(jié)省分析時間和分析成本。本實驗探索研究采用丙酸乙酯作為用氣相色譜法的內(nèi)標(biāo)物，測定飲料酒中的甲醇和雜醇油(異丁醇、異戊醇)含量的方法。采用GDX-102不銹鋼填充柱進行分離，氫火焰離子化檢測器檢測，利用保留時間定性，并以丙酸乙酯作內(nèi)標(biāo)定量，并順帶測定了其中的乙酸乙酯、正丙醇和正丁醇的含量。得到了令人滿意的結(jié)果：方法的準(zhǔn)確度高，7種組分的加標(biāo)回收率在90.1%～108.8%之間；方法的重現(xiàn)性精密度即相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.00%～5.37%之間，符合國標(biāo)規(guī)定的氣相色譜的測定誤差不大于10%的要求。

氣相色譜；丙酸乙酯；內(nèi)標(biāo)法；甲醇；雜醇油

1 引言

我國酒類生產(chǎn)和消費，已有悠久的歷史，是古代文明、科學(xué)文化成就的重要組成部分，白酒已是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷娘嬃现弧０拙剖俏覈鴤鹘y(tǒng)的蒸餾酒，又名燒酒，是以糧食為原料，經(jīng)糖化、發(fā)酵、蒸餾而得。在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生微量甲醇和雜醇油(以異丁醇和異戊醇計) ，甲醇和雜醇油能與有機酸結(jié)合生成酯，使酒具有獨特的香味，但又有一定的毒性。

外標(biāo)法是現(xiàn)在測定酒中甲醇、雜醇油的標(biāo)準(zhǔn)方法，目前測定飲料酒成分的實驗中絕大多數(shù)是用外標(biāo)法[1]，其操作較為繁瑣，重現(xiàn)性差。與外標(biāo)法比較，內(nèi)標(biāo)法具有準(zhǔn)確度高，重復(fù)性好，不受進樣誤差對結(jié)果的影響等優(yōu)點[2]。

文章主要目的是研究用氣相色譜法，建立一種內(nèi)標(biāo)實驗方法，快速準(zhǔn)確的測量飲料酒中的甲醇和雜醇油含量。并以此法對市面所售飲料酒中甲醇與雜醇油進行檢測，以了解目前市售酒的質(zhì)量狀況。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

實驗酒樣品來源于超市隨機抽樣，分別是：綿竹大曲（四川綿竹劍南春酒廠有限公司生產(chǎn)）、紅星二鍋頭（北京紅星股份有限公司生產(chǎn)）、老白干（四川省久源酒業(yè)有限公司生產(chǎn)）。

2.2 試劑

甲醇、乙醇、正丙醇、乙酸乙酯、異丁醇、正丁醇、異戊醇（均為色譜純）；丙酸乙酯（自制色譜純）。

2.3 主要儀器

儀器：GC-4000A氣相色譜儀；氫火焰離子化檢測器( FID)；

色譜柱：φ4mm×2m不銹鋼填充柱；

固定相: GDX-102 (60～80目)，最高使用溫度270℃。

2.4 色譜條件

選用GDX-102不銹鋼填充柱，同時考慮柱子使用壽命，使用溫度不宜太高[3]，在溫度100℃～200℃的范圍內(nèi)，每隔20℃為一個溫度梯度，做了5次試驗，確定在140℃和160℃時分離較為清楚。在140℃～160℃之間，每隔5℃為一個溫度梯度再做三次試驗，最終確定145℃時分離度最好，而且分離時間最短。

實驗發(fā)現(xiàn)氣相色譜適宜條件為：柱溫145℃；汽化室溫度200℃；檢測器溫度200℃；各種氣體流速為：氫氣40mL/min，空氣450mL/min，氮氣40mL/min；進樣體積1μL。

2.5 內(nèi)標(biāo)物

2.5.1 內(nèi)標(biāo)的選擇

選做內(nèi)標(biāo)必須符合一定的條件，即：①在待測樣品中不得含有該種成分；②其保留時間與待測組分相近，但能完全分離；③化學(xué)結(jié)構(gòu)與待測組分相似； ④不與待測組分發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)[4]。

對單純酒樣直接進樣1μL，在上述色譜條件下的色譜圖如圖1，從圖上可以看出，在7.5min～12.5min這段時間內(nèi)，在該色譜柱上沒有色譜峰出現(xiàn)。對多種白酒進行直接進樣同樣發(fā)現(xiàn)在該時間段內(nèi)出峰為空白。若能在該時間段內(nèi)選擇一種可以出峰的物質(zhì)，即可以滿足對內(nèi)標(biāo)的要求。

圖1 空白酒樣色譜圖

2.5.2 內(nèi)標(biāo)的確定

經(jīng)過對五十多種實驗室已有的液體和固體物質(zhì)進行進樣實驗，結(jié)果都不樂觀，沒有可以滿足要求的試劑，最終決定自制酯類物質(zhì)（因為酯類物質(zhì)與待測物質(zhì)的性質(zhì)相似）。在合成的乙酸正丁酯、乙酸正戊酯、丙酸丁酯和丁酸乙酯中最終確定丙酸乙酯為該試驗的內(nèi)標(biāo)物[5]，其保留時間為10.41min，正好落在樣品空白的范圍內(nèi)。丙酸乙酯為無色液體，有菠蘿香味，沸點為99.1℃，與乙醇、乙醚混溶，微溶于水。可以與酒樣互溶，滿足內(nèi)標(biāo)要求。

2.5.3 丙酸乙酯（Ethyl propionate）的制備

2.5.3.1 試劑

丙酸、無水乙醇、濃硫酸，無水碳酸鈉、無水硫酸鈉（均為分析純）、去離子水。

2.5.3.2 主要儀器

真空蒸餾裝置包括：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（EYELA ROTARY EVAPORATOR N-1001）；SHB循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）；水浴加熱器（EYELA digital water bath SB-1000）；

氣相色譜GC4000A（檢測器為：氫火焰檢測器、色譜柱為：GDX-102柱）。

2.5.3.3 原理

丙酸和乙醇在濃硫酸作為催化劑的條件下，加熱到一定的溫度，可以發(fā)生酯化反應(yīng)，生成丙酸乙酯和水[6]。反應(yīng)方程式如下：

2.5.3.4 步驟

在500mL的反應(yīng)器中加入25mL的丙酸和25mL的乙醇，用膠頭滴管吸取兩管濃硫酸，緩慢地滴加到反應(yīng)器中（濃硫酸放熱）。

將水浴加熱器溫度設(shè)定在65℃左右（乙醇的沸點是78.5℃，丙酸的沸點是140.7℃，避免乙醇沸騰），緩慢旋轉(zhuǎn)水浴加熱30min。

打開真空裝置，收集餾出組分（全部收集）。其組分中含有丙酸乙酯、水及少量的乙醇、丙酸和反應(yīng)副產(chǎn)物乙醚，轉(zhuǎn)移至燒杯中。

往燒杯中加入20mL的去離子水（乙醇和乙醚均可大量溶于水中），再往燒杯中加入無水碳酸鈉，并不斷地用潔凈的玻璃棒攪拌使其溶解，直到加入的無水碳酸鈉不再有二氧化碳氣體冒出為止，用pH試紙檢驗酯層顯中性（此時丙酸已經(jīng)全部被去除）。

將混合液移入分液漏斗中，充分振搖后，靜止。棄去下層水溶液，酯層自漏斗上口倒入干燥的100mL錐形瓶中，用無水硫酸鈉干燥。將干燥的丙酸乙酯轉(zhuǎn)移到試劑瓶中保存待用。

2.5.3.5 丙酸乙酯的純度檢驗

用微量進樣器取0.2μL的丙酸乙酯，145℃柱箱溫度，在上述2.4的儀器色譜條件下進樣檢驗。結(jié)果如圖2所示。

圖2 丙酸乙酯純度檢驗

檢驗結(jié)果：用氣相色譜檢驗， 根據(jù)定性試驗，保留時間為10.41min的樣品為丙酸乙酯。如圖2所示，根據(jù)分析結(jié)果顯示，純度為99.95%，可以作為色譜實驗試劑。

3 結(jié)果與討論

3.1 酒樣定性實驗

氣相色譜定性分析就是要確定分析樣品中有些什么組分，就是要確定各色譜峰代表什么組分[7]。白酒行業(yè)常用的定性方法有兩種：一是利用已知物直接對照進行定性，二是利用文獻值對照進行定性[8]。該實驗采用第一種定性方法將未知物和已知標(biāo)準(zhǔn)物在同一色譜柱上，用相同的色譜操作條件進行分析，作出色譜圖后進行對照比較。

進樣1μL的純酒樣，在色譜圖上的峰圖如圖1所示 。再根據(jù)各個組分的保留時間來定性。如圖3所示，甲醇的保留時間為：0.71min；正丙醇的保留時間為：2.84min；乙酸乙酯的保留時間為4.64min；異丁醇的保留時間為5.63min；正丁醇的保留時間為7.29min；丙酸乙酯的保留時間為10.41min；異戊醇的保留時間為14.56min。

根據(jù)各個組分的保留時間可以確定在色譜圖上的出峰順序為：1、甲醇；2、乙醇；3、正丙醇；4、乙酸乙酯；5、異丁醇；6、正丁醇；7、丙酸乙酯8、異戊醇。由于實驗儀器的不穩(wěn)定性，在每次實驗過程中，保留時間都會有稍微的變化，但是變化的范圍不大，所以可以根據(jù)樣品的出峰順序確定各個組分。

圖3 各組分保留時間

3.2 定量實驗

色譜定量分析就是要確定樣品中某一組分的準(zhǔn)確含量[9]。色譜定量分析與絕大部分的儀器定量分析一樣，是一種相對定量方法，而不是絕對定量方法。它是根據(jù)儀器檢測器在某些條件限定下，色譜峰的峰高或峰面積與所測組分的濃度成正比來進行定量的，其基本公式為：

在色譜定量分析中，要得到可靠的定量分析結(jié)果，必須準(zhǔn)確測定峰面積或峰高和校正因子，選擇合適的定量方法，盡可能減少分析步驟帶來的誤差[10]。本實驗分析采用測量峰面積、用內(nèi)標(biāo)法進行定量計算。

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配置

3.2.1.1 各標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液

準(zhǔn)確稱取甲醇3.68g、正丙醇4.02g、異丁醇3.92g、正丁醇3.77g、異丁醇3.12g分別于5個預(yù)先盛有20mL去離子水的100mL的容量瓶中，用去離子水定容至刻度，并放置于冰箱中保存。

準(zhǔn)確稱取乙酸乙酯3.41g和丙酸乙酯3.83g于2個100mL的容量瓶中，用30%的乙醇水溶液（乙酸乙酯和丙酸乙酯在水中的溶解度很小，但在乙醇中的溶解度很大）定容至刻度，并放置于冰箱內(nèi)保存。

3.2.1.2 混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配置

分別用1mL胖肚移液管準(zhǔn)確移取各標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液1mL于25mL的容量瓶中，用去離子水定容到刻度。此標(biāo)準(zhǔn)儲備液中各個組分的濃度分別為：甲醇1.47×10-3g/mL；正丙醇1.61×10-3g/mL；乙酸乙酯1.36×10-3g/mL；異丁醇1.57×10-3g/mL；正丁醇1.51×10-3g/mL；丙酸乙酯1.53×10-3g/mL；異戊醇1.25×10-3g/mL。

3.2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)使用液的配置

用2mL移液管準(zhǔn)確移取混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液2mL 于10mL的容量瓶中，用去離子水定容于刻度，此標(biāo)準(zhǔn)使用液中各個組分的濃度分別為：甲醇2.94×10-4g/mL；正丙醇3.22×10-4g/mL；乙酸乙酯2.72×10-4g/mL；異丁醇3.14×10-4g/mL；正丁醇3.02×10-4g/mL；丙酸乙酯3.07×10-4g/mL；異戊醇2.50×10-4g/mL。

3.2.2 相對校正因子（f）的測定

待色譜儀基線穩(wěn)定后，用微量進樣器吸取1μL標(biāo)準(zhǔn)使用液注入儀器中，出現(xiàn)如圖4所示的混合加標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)色譜圖。出現(xiàn)的色譜峰與保留時間對應(yīng)的物質(zhì)分別是：甲醇0.73min、正丙醇2.93min、乙酸乙酯4.82min、異丁醇5.90min、正丁醇7.28min、丙酸乙酯10.88min及異戊醇15.37min，其中丙酸乙酯為內(nèi)標(biāo)物。根據(jù)內(nèi)標(biāo)物峰面積(As) 、內(nèi)標(biāo)物濃度(Cs) 、標(biāo)準(zhǔn)物峰面積(Ai) 、標(biāo)準(zhǔn)物濃度(Ci)，相對校正因子公式：分別計算出各組分校正因子為：甲醇(f甲醇=0.992)、正丙醇(f正丙醇=0.795)、乙酸乙酯(f乙酸乙酯=1.168)、異丁醇(f異丁醇=0.771)、正丁醇(f正丁醇=0.804)、丙酸乙酯（f丙酸乙酯=1.000）和異戊醇(f異戊醇=0.752)。

圖4 加標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)色譜圖

3.2.2.1 相對校正因子計算舉例

3.2.3 酒樣組分濃度測定

3.2.3.1 加內(nèi)標(biāo)酒樣的配置

取0.2mL的丙酸乙酯的標(biāo)準(zhǔn)溶液分別于3個25mL的容量瓶中，分別用三種酒樣定容至刻度（丙酸乙酯的濃度相當(dāng)于3.07×10-4g/mL）。

3.2.3.2 樣品中各組分濃度測定

利用上述方法測定，得到如下表1、表2、表3。分別顯示了綿竹大曲、紅星二鍋頭、老白干中各組分的濃度含量測定結(jié)果及結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

表1 綿竹大曲中各組分的濃度含量測定

表2 紅星二鍋頭中各組分的濃度含量測定

表3 老白干中各組分的濃度含量測定

3.3 精密度試驗

待色譜儀基線穩(wěn)定后，用5μL微量進樣器吸取1μL標(biāo)準(zhǔn)使用液注入儀器中，依據(jù)各組分峰面積及濃度、丙酸乙酯(內(nèi)標(biāo)物)峰面積及濃度，計算各組分的校正因子[11]。每隔2.5個小時測定1次，連續(xù)測定5次，6種組分的峰面積見表4；相對校正因子及其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）結(jié)果見表5。

表4 五次測定的標(biāo)準(zhǔn)使用液的濃度及峰面積

表5 計算得到的相對校正因子及其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD )

3.4 準(zhǔn)確度試驗（即加標(biāo)回收率實驗）

吸取5mL混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液于25mL容量瓶中，加入已知組分和濃度的酒樣定容至刻度，根據(jù)測得組分濃度，計算其含有的各組分的質(zhì)量，減去原酒樣中各組分的質(zhì)量，得出檢出質(zhì)量，計算回收率。三種酒樣的回收率計算結(jié)果見表6、表7、表8。

表6 綿竹大曲的回收率

表7 紅星二鍋頭的回收率

表8 老白干的回收率

3.5 甲醇的外標(biāo)實驗驗證（標(biāo)準(zhǔn)曲線法驗證）

3.5.1 步驟

（1）從甲醇的標(biāo)準(zhǔn)儲備液中（甲醇的質(zhì)量濃度為3.68×10-2g/mL），用1mL的胖肚移液管準(zhǔn)確移取1mL的液體于25mL的容量瓶中，用去離子水定容到刻度，記為甲醇標(biāo)準(zhǔn)使用液。

（2）從甲醇標(biāo)準(zhǔn)使用液中準(zhǔn)確移取：0.00mL；0.20mL；0.40mL；0.60mL；0.80mL一系列的標(biāo)準(zhǔn)使用液分別于5個10mL的容量瓶中，用去離子水定容至刻度。

（3）用5μL微量進樣器準(zhǔn)確移取1μL的各個濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)樣注射到氣相色譜儀器中，記錄各濃度在色譜儀上的面積，見表9。

3.5.2 結(jié)果

表9 甲醇標(biāo)準(zhǔn)曲線測定

圖5 外標(biāo)測定甲醇標(biāo)準(zhǔn)曲線

以綿竹大曲為例：

兩次進樣的面積分別為： A1=7748 A2=9044

所對應(yīng)的濃度為：

兩者的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差：

根據(jù)以上的計算可以得出內(nèi)標(biāo)法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法計算得到的兩者的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在10%以內(nèi)，所以方法可用。

4 結(jié)論

本次實驗研究出了用丙酸乙酯作為內(nèi)標(biāo)物，用氣相色譜法快速準(zhǔn)確的測量出飲料酒中的甲醇和雜醇油含量。該法分析酒中的甲醇、雜醇油具有快速、簡便、準(zhǔn)確的特點，適合于大批量樣品測定。同時，此法還能測定酒中其他特征成分（正丙醇、正丁醇和乙酸乙酯），在氣相色譜普及的今天，各地均具有使用該法的條件，因此，具有推廣應(yīng)用價值。

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The Methanol and Fusel Oil Analyzed by Gas Chromatography in Drink Wine

HUANG Zhen
(Fuzhou Product Quality Inspection,Fuzhou 350008, Fujian, China)

The determination of methanol and fusel oil (isobutene, isoamyl alcohol) using the ethyl propionate as the internal standard were detailedly studied. In order to improve the precision and accuracy, and save the time and cost. With the use of GDX-102 stainless steel column,hydrogen flame ionization detector, retention time and the internal standard of ethyl propionate. This experimental also determinated the content of ethyl acetate, 1-propane and 1-alcohol in liquor. The results were obtained: the method had high accuracy, 7 recovery rate of the components in the 90.1% ～108.8%; the reproducibility of the method precision is the relative standard deviations were 0% ～ 5.37%, which was accord with the requirement of national standard.

Gas chromatography; Ethyl propionate; Internal standard; Methanol;Fusel oil

2014-05-04

黃貞，女，福州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所，檢定員