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思达顶空搭配岛津气相测定火龙果酒中甲醇含量
1 材料与方法
1.1 仪器
1.2 试剂无水乙醇,分析纯,99.7%,天津市大茂化学试剂厂;甲醇,色谱纯,99.9%,美国天地有限公司;火龙果酒,750mL/瓶,广东某农场;试验用水为一级水。1.3 仪器工作条件
1.3.1 顶空进样条件
1.3.2 气相色谱条件载气:高纯氮气;载气流速:1.5 mL/min;载气控制方式:线速度;进样口温度:200 ℃;分流比设为1;柱温程序:40℃保持3min,40℃/min升温至150℃,保持1min;检测器温度:250℃;尾吹:30mL/min;空气流速:400mL/min;氢气流速:40mL/min。1.4 溶液的配制1.4.1 溶剂的配制乙醇溶液(10%,体积分数):量取50mL无水乙醇于500mL容量瓶内,再用纯水定容至刻度,混匀,现配现用(火龙果酒香酒精度大概在10%左右,故采用10%的乙醇溶液作为溶剂)。1.4.2 对照品溶液的配制准确称取甲醇0.4221g至100mL容量瓶中,用1.4.1的乙醇溶液稀释定容至刻度,混匀,浓度为4221mg/L,作为对照品储备液,0℃~4℃低温冰箱密封保存。分别准确吸取对照品储备液0.50mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、8.00mL、10.00mL,于6个50mL容量瓶中,用1.4.1的乙醇溶液定容至刻度,依次配制成42.21mg/L(1#)、84.42mg/L(2#)、168.84mg/L(3#)、337.68mg/L(4#)、675.36mg/L(5#)、844.20mg/L(6#)对照品溶液标准系列,现配现用。1.5 试验方案为确定并验证最适宜分析火龙果酒中甲醇含量的顶空气相色谱方法,本文首先优化火龙果酒样品气相色谱分离条件,然后优化顶空瓶加样体积、样品平衡时间、平衡温度等自动顶空进样器操作条件,再从线性、检出限、重现性、加标回收率四方面对方法进行评价。2 结果与分析2.1 测定条件的优化2.1.1 气相色谱分离条件试验过程参照GB 5009.266-2016设置气相色谱仪起始分离条件条件,采用1.4.2中4#对照品标准溶液定位甲醇位置,顶空进样条件为顶空瓶加样体积1mL,平衡温度70℃,平衡时间3min。反复进火龙果酒原始样品来调整、验证、优化气相色谱分离条件。主要优化措施如下:试验发现载气流速对甲醇峰分离度影响不大,把载气流量从1.0mL/min调整为1.5mL/min,以缩短分析时间。试验发现火龙果酒样品中甲醇含量较低,为了提高样品响应值,把分流比从20∶1调整为1∶1。最后调整色谱柱箱升温程序,升温程序必须保证样品中甲醇完全分离,且样品中共存组分要全部流出色谱柱,本方法采用的是30m的WAX色谱柱,须延长低温停留时间至3min以保证甲醇分离效果,再以40℃/min升温至150℃保持1min,可以加快并保证其他物资充分流出色谱柱,同时提高分析效率,经此优化,整个柱箱温度程序为6.75min。在1.3.2所示的优化后气相色谱条件下,测得1.4.2 对照品溶液中4#对照品标准溶液及火龙果酒样品色谱图如图1所示:图中保留时间3.0min的色谱峰为甲醇,黑色线是4#对照品标准溶液色谱图,红色线是火龙果酒样品色谱图。
图1 4#对照品标准溶液和火龙果酒样品色谱图
2.1.2 顶空瓶加样体积分别取1、2、3、4、5mL同一火龙果酒样至顶空瓶中,在1.3.2所示的气相色谱条件和相同顶空条件下(平衡温度70℃,平衡时间3min,20mL顶空进样瓶)进行试验,测得顶空瓶加样体积与色谱图中甲醇峰面积关系如下图2所示。由图可知,由于甲醇的亨利常数小,改变加样体积对甲醇顶空气相浓度影响很小,所得峰面积变化不明显。为减少检测样品量,本方法选择1mL作为顶空瓶最佳加样体积。
图2 顶空瓶加样体积与甲醇峰面积关系曲线
2.1.3 样品平衡时间样品平衡时间对检测结果影响很大,平衡时间过短,样品挥发不完全,导致检测响应值偏低,平衡时间过长,影响检测效率。试验过程为:分别取1mL同一火龙果酒样至5个顶空瓶中,选择平衡时间分别为3min、5min、8min、10min、15min,在1.3.2所示的气相色谱条件和相同顶空条件下(平衡温度70℃)进行试验,分析结果见表1。表1 同一样品不同平衡时间甲醇分析结果
平衡时间 | 3min | 5min | 8min | 10min | 15min |
峰面积,μV | 1006 | 1362 | 1493 | 1459 | 1565 |
由表中数据可知:平衡时间在3min至8min内,测得色谱图甲醇峰面积随平衡时间延长增加明显;平衡时间在8min至15min之间,测得色谱图甲醇峰面积增加不多,基本保持稳定。综合考虑,本方法选择10min为样品的平衡时间,此时,顶空瓶中基本达到气液平衡,既可以保持样品会形成足够的响应值,又尽可能节约了测定时间。此外,本方法一个样品完成色谱图数据采集需要6.75min,加上气相色谱仪回到初始就绪状态所需时间,大概是10min。所以,本方法将自动顶空进样器循环时间设置为10min,可以保证前一个样品测定完成,气相色谱仪刚回到就绪状态,下一个样品正好完成平衡可以进样,减少了样品间等待的时间。
2.1.4 样品平衡温度火龙果酒中含水量较大,温度过高使较多水汽进入色谱柱,极性很强的水分子对大部分气相色谱毛细管柱固定相有较强的破坏性,引起柱流失,导致柱效下降。考虑到甲醇的沸点为64.7℃,本试验在甲醇沸点正负15℃范围内6个温度点比较不同平衡温度对火龙果酒中甲醇含量测定的影响。具体试验方法为:分别取1mL同一火龙果酒样至6个顶空瓶中,设置平衡温度分别为55、60、65、70、75、80℃,在1.3.2所示的气相色谱条件和相同的其他顶空条件下(平衡时间10min)进行试验测定,分析结果见下表2。表2 同一样品不同平衡温度分析结果
平衡温度 | 55℃ | 60℃ | 65℃ | 70℃ | 75℃ | 80℃ |
峰面积,μV | 842 | 870 | 1252 | 1459 | 1823 | 2088 |
由表中数据可知:甲醇峰面积与平衡时间成正比,温度越高,得到色谱峰面积越大,符合亨利定律。考虑到火龙果酒中甲醇含量较低,选择较高的平衡温度可以提高样品响应值,故本方法选择80℃为顶空进样器中样品的平衡时间。2.2 方法评价2.2.1 线性分别准确吸取1.4.2对照品标准系列溶液1#至6#各1.00mL至6个顶空瓶中,迅速盖紧,按1.3测定条件分析,以峰面积Y为纵坐标,对照品标准系列溶液浓度X为横坐标,绘制标准曲线,得线性回归方程为Y=49.0320X-115.289,r=0.9999331,可见在此方法条件下进行试验,样品中甲醇在42.21mg/L~844.20mg/L范围内线性关系良好,图3为工作站绘制外标法标准曲线。
图3 工作站绘制外标法标准曲线
2.2.2 方法检出限GB/T 5009.1-2003[8]中色谱法的检出限计算方法为:
式中,S为仪器噪音的 3 倍;b 为标准曲线回归方程中的斜率。
本试验采用GC Labsolution工作站自带的QAQC参数设定功能,利用1.4.2对照品标准系列溶液1#~6#色谱图数据,采用信噪比关系来确定检测限和定量限。设定噪音(ASTM)计算方法为工作站自动识别基线计算,计算数据见表4。
表4 甲醇测定方法检出限计算结果1
由表可知,本方法检出限为7.30 mg/L,定量限为24.36 mg/L,与GB 5009.266-2016方法检出限7.5mg/L,定量限为25mg/L相当,因此所建立的顶空气相色谱法可以满足检测要求。
如果设定噪音(ASTM)计算方法色谱图开始时间0min,结束时间1min,间隔0.1min,检测限和定量限还会更小,计算数据见表5。
表5 甲醇测定方法检出限计算结果2
2.2.3 精密度试验分别准确吸取同一瓶火龙果酒样品各1mL至6个顶空瓶中,迅速盖紧,按1.3测定条件分析,利用2.2.1所得标准曲线计算得到被测火龙果酒样品中甲醇平均含量为43.69mg/L,RSD=3.02%,表明方法的重复性良好,6次测定的极差相对值为7.32%,满足GB 5009.266-2016在重复性测定条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不超过其算术平均值的10%的要求。精密度试验具体测定数据见表6。
表6 精密度试验结果
2.2.4 准确度试验本方法采用加标回收率试验来验证方法准确度,按照第三方检测行业规范,加标回收试验,加标量在0.5到2倍之间。试验分别采用50%、100%、200%加标,在1.3测定条件分别重复测定3次,计算低、中、高3个浓度下的回收率。具体操作为:分别准确吸取同一瓶火龙果酒样品各5mL至编号为B1~B12的12个10mL容量瓶中,B1~B3直接加1.4.1的溶剂,稀释定容至10mL,用来确定5mL火龙果酒样品所含甲醇质量;B4~B6按照50%加标,先各加1.4.2中2#对照品标准溶液1.50mL,再用1.4.1的溶剂定容至10mL;B7~B9按照100%加标,先各加1.4.2中2#对照品标准溶液3.00mL,再用1.4.1的溶剂定容至10mL;B10~B12按照200%加标,先各加1.4.2中3#对照品标准溶液3.00mL, 再用1.4.1的溶剂定容至10mL。配制完成后从B1~B12的容量瓶中各取1mL样品溶液加到顶空进样瓶中,按1.3测定条件分析,结果见表7。表7 火龙果酒中甲醇加标回收率试验
样品编号 | 加标量, μg | 测定结果mg/L | 测得甲醇总质量, μg | 5mL酒样含甲醇质量, μg | 5mL酒样含甲醇质量均值, μg | 回收率,% | 平均回收率,% | RSD,% |
B1 | \ | 21.58 | 215.8 | 215.8 | 221.1 | \ |
B2 | \ | 22.14 | 221.4 | 221.4 |
B3 | \ | 22.61 | 226.1 | 226.1 |
B4 | 126.63 | 34.10 | 341 | \ | 94.69 | 100.14 | 5.12 |
B5 | 126.63 | 33.86 | 338.6 | 92.79 |
B6 | 126.63 | 34.81 | 348.1 | 100.29 |
B7 | 253.26 | 47.86 | 478.6 | 101.67 |
B8 | 253.26 | 47.22 | 472.2 | 99.15 |
B9 | 253.26 | 46.35 | 463.5 | 95.71 |
B10 | 506.52 | 74.55 | 745.5 | 103.53 |
B11 | 506.52 | 76.98 | 769.8 | 108.33 |
B12 | 506.52 | 75.35 | 753.5 | 105.11 |
由表中数据可知,测得回收率在92.79%~108.33%之间,平均回收率为100.14%,RSD为5.12%,本法回收率良好。从表中数据还可以看出,接近100%加标测得回收率要优于50%、200%加标测得回收率。
3 结论3.1 本文对自动顶空进样气相色谱法测定红心火龙果酒中甲醇含量进行了试验摸索,在GB 5009.266-2016的基础上调整优化气相色谱分离条件,考察了顶空瓶加样体积、样品平衡温度、平衡时间对测定的影响。综合考虑分析效率和样品情况,优化后的主要仪器工作条件为:载气流速:1.5mL/min;进样口温度:200 ℃;分流比1:1;柱温为在40℃保持3min,以40℃/min升温至150℃,保持1min;顶空瓶加样体积1mL,样品平衡温度80℃,平衡时间10min。在此条件下,本方法在甲醇浓度范围42.21mg/L~844.20mg/L内线性良好,r=0.9999;检出限为7.30 mg/L,定量限为24.36 mg/L;火龙果酒样测定平均值为43.69mg/L,重复测定RSD为3.02%,平均加标回收率为100.14%。该方法采用外标法定量,样品不需要前处理直接测定,是一种简便、高效的测定龙果酒中甲醇含量的方法。3.2 在试验过程中,为了保证分析数据的准确性,要注意以下操作细节:试验对照品溶液要现配现测,特别是高浓度的对照品溶液加到顶空瓶中后,要迅速加盖密封并及时测定,若时间过长容易导致顶空瓶中气液平衡条件不一致,引起误差;不要用移液枪直接在顶空瓶内配制样液,容易产生混合体积误差,对系列标液、加标样,要使用容量瓶定容配制后再统一转移到顶空瓶中测定。