國產(chǎn)與進口氣相色譜儀在白酒分析中的比較研究

樊 成，魏寧果，范芳芳

（陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，陜西西安 710048）

氣相色譜（gas chromatography，GC）作為一種高效、快速、高靈敏度的色譜檢測分析技術(shù)，具有理論塔板數(shù)較高，適用于復雜混合物的分析，可分離同位素等類似物質(zhì)，分離速度較快，不局限于物體形態(tài)等優(yōu)點，在食品、化工、建材、環(huán)境、醫(yī)藥等領(lǐng)域逐漸普及并廣泛應用[1-5]。

在產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期進口儀器（如美國安捷倫、賽默飛世爾科技、沃特世、日本島津等）搶占了國內(nèi)市場先機。國產(chǎn)儀器產(chǎn)業(yè)起步較晚，國家陸續(xù)出臺多項政策法規(guī)（如減免增值稅、國產(chǎn)儀器優(yōu)先采購政策、國家重點項目等）來支持科技創(chuàng)新和儀器設備的國產(chǎn)化建設，有力的保證了國產(chǎn)科學儀器的基礎(chǔ)研究、升級改造、市場銷售等持續(xù)發(fā)展[6-7]。國產(chǎn)儀器行業(yè)把握機會，充分發(fā)揮科技自立自強、科技創(chuàng)新、突破核心關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，發(fā)展速度較快，企業(yè)數(shù)量、產(chǎn)品性能、質(zhì)量指標等方面都有很大提高，與國外最先進設備的差距也越來越小。設備的研制和應用是不可分割的，本文通過實驗室實際使用國產(chǎn)氣相色譜的情況，客觀的評價其優(yōu)缺點，幫助國產(chǎn)儀器和企業(yè)發(fā)現(xiàn)不足，進而改進設備，推動國產(chǎn)設備的發(fā)展，也為廣大企事業(yè)單位及科研院所在選擇儀器時提供有價值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考建議。

中國白酒歷史悠久，是中國食品工業(yè)發(fā)展的重要組成部分。白酒在發(fā)酵過程中，由于原料和輔料中果膠質(zhì)內(nèi)甲基酯分解會產(chǎn)生甲醇[8]，也有部分不法分子用工業(yè)酒精勾兌，造成甲醇的超標。白酒的基質(zhì)較復雜，按照GB 5009.266—2016《食品安全國家標準食品中甲醇的測定》儀器參考條件測試過程中出現(xiàn)甲醇峰型不好看（峰拖尾嚴重、不對稱、峰寬）、分離度不好，易出現(xiàn)假陽性（出現(xiàn)共流出峰）等問題。白酒的香味成分復雜，由上千種揮發(fā)性化合物組成，包括酯類，醇類，酸類，縮醛類，酮類，雜環(huán)類，芳香類，含氮化合物，醛類、萜類和含硫化合物等，其研究主要是采用氣相色譜分析技術(shù)[9-11]。GB/T 10345—2022《白酒分析方法》中列舉了一些參數(shù)的檢測方法，但涉及多個方法，需多次進樣，較費時費力。本研究從色譜柱和襯管的選擇、分流比、進樣量、載氣流速、升溫程序等方面對色譜條件進行了優(yōu)化，使得較難分離的乙酸乙酯、乙縮醛、甲醇、乙醇等峰有了較好的分離，有效改善了甲醇的峰型，并且可以實現(xiàn)多化合物同時測定，提高了工作效率，且操作簡便、準確性好、精密度高，適用于白酒中多化合物的定性定量分析，為鑒別白酒品質(zhì)提供判斷依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：市售的具有代表性的不同香型的白酒，其中濃香型2 個、清香型3 個、鳳香型3 個、復合香型2個。

標準品及試劑：乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸、己酸、甲醇、β-苯乙醇、正丙醇、異丁醇、異戊醇、叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸標準物質(zhì)（純度≥99 %），DR EHRENSTORFER；乙醇（優(yōu)級純），格雷斯Grace；超純水（電阻率18.2 mΩ·cm2）。

儀器設備：GC9720 plus 福立氣相色譜儀（配置FID 檢測器），浙江福立分析儀器股份有限公司；Agilent 7890A 氣相色譜儀（配置FID 檢測器），美國安捷倫科技有限公司；XPR205/A 電子天平，美國梅特勒-托利多公司；EU15 Proseers超純水機，青島普洛斯科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準系列溶液的配制

混合內(nèi)標溶液（20000 mg/L）：準確稱取叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸的標準物質(zhì)0.5 g，用50%的乙醇溶液溶解定容至25 mL。

標準物質(zhì)的儲備溶液（乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯為25000 mg/L，甲醇、異丁醇、異戊醇、丁酸乙酯為5000 mg/L，β-苯乙醇為500 mg/L，正丙醇、乙酸、己酸為10000 mg/L）：準確稱取適量的標準物質(zhì)，用乙醇溶解定容至100 mL。

混合標準工作溶液：分別移取一定體積的混合標準儲備溶液于7 個10 mL 的容量瓶中，加入0.1 mL 的混合內(nèi)標溶液，用50 %的乙醇溶液溶解定容，混勻。配制成乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯為125 mg/L、250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、1500 mg/L、2000 mg/L、3000 mg/L，甲醇、異丁醇、異戊醇、丁酸乙酯為25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、600 mg/L，正丙醇、乙酸、己酸為50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1200 mg/L，β-苯乙醇為2.5 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、60 mg/L 的系列混合標準工作溶液。

1.2.2 樣品前處理

參照GB/T 10345—2022《白酒分析方法》：移取適量樣品于10 mL 容量瓶中，加入0.1 mL 內(nèi)標溶液，使用同一樣品定容，充分混勻，按照儀器參考條件測定樣品。

1.2.3 儀器條件

色譜柱：Agilent CP-Wax 57（50 m×0.250 mm×0.2 μm）毛細管柱；載氣：高純氮氣；分流比：30∶1；流速：0.7 mL/min；進樣口溫度：250 ℃；檢測器溫度：250 ℃；升溫程序：初始溫度40 ℃，保持4 min，以5 ℃/min 升至100 ℃，以10 ℃/min 升至200℃，保持10 min；空氣流量：300 mL/min；氫氣流量：40 mL/min；尾吹氣流量：25 mL/min；進樣量：0.5 μL。

1.2.4 計量性能測定

參照JJG 700—2016《氣相色譜儀檢定規(guī)程》：記錄基線30 min，選取基線中噪聲最大峰-峰高對應的信號值為儀器的基線噪聲，基線偏離起始點最大的響應信號值為儀器的基線漂移。待基線穩(wěn)定后，注入1 μL 正十六烷異辛烷溶液(100 ng/μL)，連續(xù)測量7 次，記錄正十六烷峰面積，計算定性重復性、定量重復性及檢測限。

1.2.5 上機測試

根據(jù)儀器條件設置各參數(shù)，預熱待儀器穩(wěn)定后，分別測試標準系列溶液和樣品溶液。保留時間定性，以標準溶液濃度與內(nèi)標濃度比值為橫坐標，以標準溶液峰面積與對應內(nèi)標物峰面積比值為縱坐標，繪制標準曲線，內(nèi)標法計算各待測組分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 計量性能測定結(jié)果

氣相色譜儀作為列入國家強制檢定管理范圍的計量器具，需按照計量檢定規(guī)程實行強制檢定。計量檢定也是確保計量器具準確一致，進行量值溯源的重要途徑。參照JJG 700—2016《氣相色譜儀檢定規(guī)程》和文獻報道[12]，本文列舉了兩臺設備的部分計量性能的測定結(jié)果，見表1。由表1 可以看出，兩臺設備的計量性能結(jié)果都能夠滿足氣相色譜計量檢定規(guī)程的要求，結(jié)果基本無差異。

表1 不同品牌氣相色譜儀計量性能測定結(jié)果

2.2 色譜條件的優(yōu)化

合適的色譜柱（包括固定相、柱長、內(nèi)徑、膜厚等參數(shù)）能獲得更好的分離效果。白酒分析中多選用極性聚乙二醇固定相色譜柱[13-14]，由于化合物的種類較多，50 m 比30 m 色譜柱有更好的分離效果，本文選擇白酒分析專用Agilent CP-Wax 57（50 m×0.250 mm×0.2 μm）毛細管柱。有研究發(fā)現(xiàn)超惰性襯管能夠有效地降低基質(zhì)效應和改善峰型[15-16]。通過對比普通玻璃棉襯管和超惰性襯管發(fā)現(xiàn)，超惰性襯管可消除襯管內(nèi)部潛在的活性位點，有效防止吸附，確保樣品通過穩(wěn)定的去活化表面準確轉(zhuǎn)移至氣相色譜柱，能夠有效地改善甲醇的峰型，乙酸乙酯、乙縮醛和甲醇能實現(xiàn)更好的分離。柱溫一般可選擇恒溫或程序升溫，程序升溫適于寬沸程、多組分混合樣品的分離，能夠減少分析時間并且整個分離過程中峰形一致，能夠獲得較好的分離度，降低檢測限，結(jié)合各物質(zhì)的沸點優(yōu)化初始溫度、升溫速率和最終溫度。優(yōu)化分流比、進樣量和載氣流速等儀器條件，標準物質(zhì)氣相色譜圖見圖1。由圖1 可以看出，進口和國產(chǎn)設備在優(yōu)化后的色譜條件下都能在30 min 內(nèi)實現(xiàn)14 種化合物的有效分離，出峰時間差異不大，較難分離的乙酸乙酯、甲醇、乙醇等峰有了較好的分離，有效改善了甲醇的峰型，并且可以實現(xiàn)多化合物同時測定。

圖1 Agilent和福立氣相色譜儀分離14種化合物的標準色譜圖（濃度：500 mg/L）

2.3 方法學驗證

為了確保分析檢測結(jié)果準確、可靠，對所采用的分析方法的準確性、科學性和可行性進行驗證，以證明分析方法符合分析測試的目的和要求。在優(yōu)化的最佳色譜條件下，對標準系列進行氣相分析，繪制標準曲線。儀器檢出限是指儀器能夠可靠檢測的最小信號所對應的待測物質(zhì)最小值，能夠反映儀器本身的檢測能力，按照信噪比S/N=3 計算檢出限，測定結(jié)果見表2。由表2 可知，各物質(zhì)的相關(guān)系數(shù)＞0.999，線性關(guān)系良好，檢出限＜10 mg/L。

為了驗證方法的準確性和實用性，進行了加標回收試驗。實驗選取白酒基質(zhì)，添加水平為50 mg/L，進行6 次重復性測試。檢測結(jié)果見表2，由表2 可以看出進口設備的回收率在96.0 %～105.0 %之間，相對標準偏差（RSD）＜1.10 %，國產(chǎn)設備的回收率在95.8 %～104.9 %之間，相對標準偏差（RSD）＜1.17 %，均符合GB/T 27404—2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》附錄F檢測方法確認的技術(shù)要求。綜上結(jié)果表明國產(chǎn)設備檢出限水平已與進口設備相當，儀器靈敏度、精密度、準確度等性能能夠滿足企事業(yè)單位的檢測要求。

2.4 實際樣品的測定

實驗選取市售不同香型的白酒10 個，采用1.2試驗方法分別使用國產(chǎn)和進口氣相色譜對其甲醇和10 種風味物質(zhì)進行測定，考察其是否適用于不同香型白酒實際樣品的測定，測定結(jié)果見表3。由表3 可知，國產(chǎn)和進口設備能夠?qū)Σ煌阈偷陌拙七M行定性定量分析，計算結(jié)果經(jīng)t-test 分析，P＞0.05，兩組數(shù)據(jù)無顯著性差異。不同香型白酒的主體風味物質(zhì)差別較大，濃香型白酒的主體風味物質(zhì)是己酸乙酯，清香型的是乙酸乙酯，鳳香型和復合香型的是乙酸乙酯和己酸乙酯[17-21]。酸類是糖類發(fā)酵后的一種產(chǎn)物，低濃度的酸能夠增加白酒香氣的層次感和復雜性[22]，濃香型和鳳香型酒的酸類主要以乙酸和己酸為主，清香型白酒的酸類主要是乙酸。

表3 實際樣品的測定結(jié)果 (mg/L)

2.5 操作便攜性

硬件方面，兩臺設備都配置卓越的氣路控制系統(tǒng)、重現(xiàn)性好的自動進樣系統(tǒng)、精準的溫度控制平臺及電子程序壓力流量控制系統(tǒng)（EPC），操作簡便、外觀簡潔、易操作。軟件操作系統(tǒng)（色譜工作站）的共同優(yōu)點是：界面設計簡單易用，支持多窗口多方法分析，可實現(xiàn)測量、查看數(shù)據(jù)同時進行，軟件可實現(xiàn)標準曲線法、內(nèi)標校正等多種數(shù)據(jù)處理方法，報告有多種輸出格式可供選擇等。兩臺設備在方法建立和數(shù)據(jù)采集方面，工作站的操作難易差異不大，但在數(shù)據(jù)處理方面進口設備操作更加簡便、人性化，要優(yōu)于國產(chǎn)設備。國產(chǎn)設備能夠快速高效響應客戶的需求，節(jié)約用戶的成本，配件價格和維修費用等方面的優(yōu)勢要遠高于進口儀器。

3 結(jié)論與展望

本研究采用GC-FID 建立了以叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸為內(nèi)標，同時測定白酒中11 種物質(zhì)的檢測方法，該方法具有操作簡便、檢出限低、準確度好、精密度高等優(yōu)點，具有較高的實用價值，適用于不同香型白酒樣品的測定。通過對比發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)氣相色譜儀對于多化合物可實現(xiàn)同時快速測定分析，檢出限、精密度和準確度都與進口儀器水平相當。由于時間有限，設備長期穩(wěn)定性有待進一步的研究。研發(fā)與應用不可分割，后續(xù)應在應用中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，得到完善和改進的機會。國產(chǎn)氣相色譜儀相需要不斷研發(fā)改進，完善色譜工作站，不斷進行細節(jié)的提升。今后氣相色譜儀的發(fā)展將趨于微型、便攜式、軟件分析智能化、遠程技術(shù)支持、專用型GC、芯片級GC 等，需要產(chǎn)學研協(xié)力合作，夯實應用基礎(chǔ)研究，促進科研成果轉(zhuǎn)換，與應用相結(jié)合，解決客戶需求，進而促進氣相色譜的發(fā)展，滿足檢驗檢測需求，確保技術(shù)先進、性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、運行穩(wěn)定、實驗結(jié)果精確。