酒类分析专用柱气相色谱仪校准用标准物质的选择

张房宇

(广州市从化质量技术监督检测所，广州 510925)

气相色谱仪是酒类生产企业的必备分析仪器，用于检测酒中甲醇和风味物质的含量。酒中的微量芳香成分十分复杂，包括醇、醛、酮、酸、酯等多类有机物质，极性和沸点范围较大，用传统的填充色谱柱难以实现同时分离所有组分。采用商业化成熟的聚乙二醇石英毛细管柱(如DB–WAX、HP–WAP、ZB–WAX plus 等型号)，结合程序升温的气相色谱法，可以分离分析酒中的醇、酯、醛、有机酸等几十种物质。食品安全国家标准GB 5009.266—2016 《食品中甲醇的测定》中参考条件［1］规定的色谱柱为聚乙二醇石英毛细管柱，因而聚乙二醇石英毛细管柱是酒类分析专用色谱柱，广泛地应用于酒类的检测及质量控制。

笔者对酒类分析专用柱气相色谱仪进行检定时，按照JJG 700—2016 《气相色谱仪检定规程》规定，注入检定氢火焰离子化检测器(FID)的标准物质异辛烷中正十六烷标准样品［2–3］，色谱图中往往只出现溶剂峰而没有正十六烷色谱峰，或者溶剂峰拖尾导致正十六烷色谱峰未能有效分离。笔者尝试改变柱温、载气流量及程序升温等方法条件，均未能有效分离出异辛烷中正十六烷。之所以出现以上情况，是因为聚乙二醇石英毛细管柱属于强极性柱，对非极性的正十六烷和弱极性的异辛烷分离能力弱，即检定规程规定的异辛烷中正十六烷标准样品只适用于非极性(如OV–101［2,4］、HP–1 型)或弱极性色谱柱(如HP–5 型［5–6］)气相色谱仪FID 的检定［7–12］，并不适用于强极性的酒类分析专用柱气相色谱仪的检定。

龙元平等［12］探讨了采用乙酸正丁酯–乙醇溶液检定DNP–Tw柱酒类分析气相色谱仪的检测限过程中遇到的主要问题和解决方法。闵世俊等［13］针对空气质量和酒类检测用气相色谱仪的使用特点，选取4 种标准物质(正十六烷、甲苯中苯、甲醇中苯、乙酸正丁酯)对仪器的检测限进行检定，通过分析对比，研究了不同标准物质对仪器检测限的影响，所采用的色谱柱为HP–5 型柱，而并非酒类分析专用柱。迄今为止，未见适用于新国标的酒类分析专用聚乙二醇柱气相色谱仪的校准方法和标准物质相关文献报道。因此研究和筛选适用于酒类分析专用的强极性聚乙二醇柱气相色谱仪校准用的标准物质，有利于保障酒厂用气相色谱仪的量值准确和有效溯源，也是对气相色谱仪检定规程适用标准物质的补充，具有良好的社会效益和经济效益。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪：GC–14C 型，配火焰离子化检测器（FID），日本岛津制作所。

电子天平：XSE205DU 型，量程为0～80 g 时感量为0.01 mg，量程为81～220 g 时感量为0.1 mg，瑞士梅特勒–托利多公司。

容量瓶：容量分别为100、25、5、2 mL，A 级。分度吸量管：最大量程分别为5、1 mL，A 级，检定合格。

甲苯中苯标准样品：编号为GBW(E)130324，5 mg/mL (U=3%，k=2)，国防科技工业应用化学一级计量站。

甲醇：纯度(质量分数)为99.90%，上海泰坦科技股份有限公司。

叔戊醇：纯度(质量分数)为99.0%，上海泰坦科技股份有限公司。

乙醇：优级纯，纯度(质量分数)为99.8%，广州化学试剂厂。以气相色谱标准加入法［14］测得其中甲醇的质量浓度为0.066 3 mg/mL，叔戊醇未检出。

乙醇溶液：体积分数为40%，量取40 mL 乙醇，用纯水定容至100 mL，混匀。其中甲醇的质量浓度为0.026 5 mg/mL，叔戊醇未检出。

甲苯：色谱纯，纯度(质量分数)为99.8%［15］，上海泰坦科技股份有限公司。以气相色谱标准加入法［14］测得其中苯的质量浓度为0.107 3 mg/mL。

实验用水为二级水。

1.2 色谱条件

色谱柱：ZB–WAXplus 型柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国Phenomenex 公司)；载气：氮气(质量分数为99.999%)，流量为1 mL/min；进样口温度：250 ℃；FID 温度：250 ℃；空气流量：300 mL/min；氢气流量：30 mL/min；进样方式：分流进样，分流比为20∶1；进样体积：1 μL。

检测乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇标准溶液柱温为程序升温：初始温度为50 ℃，保持3 min，以10℃/min 升至200 ℃，保持5 min；检测甲苯中苯标准溶液的柱温为恒温120 ℃。

1.3 标准溶液配制

乙醇中甲醇标准储备液：5.000 mg/mL。实验室温度控制在(20±2)℃，称取0.500 0 g 甲醇于100 mL 容量瓶中，用乙醇溶液定容至标线，混匀。

乙醇中叔戊醇标准储备液：5.000 mg/mL。准确称取0.500 0 g 叔戊醇于100 mL 容量瓶中，用乙醇溶液定容至标线，混匀。

乙醇中甲醇和叔戊醇系列混合标准工作液：分别吸取0.5、2.5、5 mL 乙醇中甲醇标准储备液、乙醇中叔戊醇标准储备液于3 只25 mL 容量瓶中；分别吸取2.5 mL 乙醇中甲醇标准储备液、乙醇中叔戊醇标准储备液于1 只5 mL 容量瓶中，用乙醇溶液定容，依次配制成甲醇、叔戊醇质量浓度均分别为0.1、0.5、1.0、2.5 mg/mL 的系列混合标准工作溶液。

甲苯中苯系列标准工作溶液：分别吸取0、0.1、0.4、0.9 mL 的5 mg/mL 甲苯中苯标准样品于4 只5 mL 容量瓶中；吸取1 mL 的5 mg/mL 甲苯中苯标准样品于2 mL 容量瓶中，用甲苯定容，依次配制成苯质量浓度分别为0.1、0.2、0.5、1.0、2.5 mg/mL 甲苯中苯系列标准工作溶液。

2 结果与讨论

2.1 标准物质初选

聚乙二醇石英毛细管柱固定相为聚乙二醇，适用于醛类、醇类、游离酸、脂肪酸甲酯、芳香化合物、溶剂、香精油等物质［7,15］的分离检测。根据聚乙二醇石英毛细管柱的应用范围对校准物质进行初步筛选，剔除易水解的酯类，综合考虑化学稳定性、易制备和检测条件，选择甲苯中苯、乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇标准溶液作为标准样品进行研究。

2.2 噪声和漂移

在1.2 色谱工作条件下，分别恒定柱温为50、120 ℃，记录基线30 min，结果表明基线噪声均为30 μV，漂移均为200 μV。此气相色谱仪的工作站型号为CBM–102，功率放大内阻为100 MΩ，换算为电流［16］，基线噪声为0.3 pA，漂移为2 pA，此两项均符合气相色谱仪检定规程规定。

2.3 检测限

在1.2 色谱工作条件下，待基线稳定后，用微量注量器注入质量浓度为0.1～5.0 mg/mL 的乙醇中甲醇和叔戊醇混合标准溶液、甲苯中苯标准溶液，平行测量两次，记录相应色谱峰面积。检测限按式(1)计算［2］：

式中：D——FID 检测限，g/s；

N——基线噪声，A(或mV)；

w——标准样品的质量，g，因分流比为20∶1，则进样质量为原进样量的1/21［5］；

A——标准样品色谱峰面积的算术平均值，A·s(或mV·s)。

标准溶液色谱测试数据见表1～表3。

表1 乙醇中甲醇溶液的检测限测定结果

表2 乙醇中叔戊醇溶液的检测限测定结果

表3 甲苯中苯的检测限测定结果

根据表1～3 数据分别计算得0.126 4～5.022 0 mg/mL 乙醇中甲醇的检测限为19.8～25.3 pg/s，0.100 0～5.000 6 mg/mL 乙醇中叔戊醇的检测限为11.9～14.6 pg/s，0.107 3～5.000 mg/mL甲苯中苯的检测限为51.6～68.4 pg/s，均符合JJG 700–2016 规定(FID 检测限不超过0.5 ng/s)的要求［2］。乙醇中叔戊醇的检测限最小，乙醇中甲醇的检测限次之，甲苯中苯的检测限最大。

根据表1～3 数据，以标准工作溶液的质量浓度为横坐标、以色谱峰面积为纵坐标分别绘制标准曲线，甲苯中苯的标准曲线如图1。结果表明，随着标准溶液的浓度增加，相应的色谱峰面积向X 轴弯曲，曲线斜率变小，检测限略有增大；甲苯中苯的标准曲线尤其明显。当标准溶液质量浓度为0.1～1.0 mg/mL 时检测限接近；当溶液的质量浓度大于1.0 mg/mL 时，检测限略有增加。因此选用的标准溶液质量浓度以0.1～1.0 mg/mL 为宜。

图1 甲苯中苯标准溶液的标准曲线

2.4 定性和定量重复性

在1.2 色谱工作条件下，分别选取质量浓度为0.5 mg/mL 乙醇中甲醇和叔戊醇混合标准溶液、甲苯中苯标准溶液，连续测量7 次，记录对应物质的保留时间和色谱峰面积，色谱图分别见图2、图3，色谱峰面积及相对标准偏差见表4。JJG 700—2016 规定FID 定性重复性不超过1%（只适用于自动进样），定量重复性不超过3%［2］。本实验所用气相色谱仪为手动进样，因此不对定性重复性进行讨论。由表4 可知，乙醇中甲醇标准溶液测定值的相对偏差最大，乙醇中叔戊醇标准溶液与甲苯中苯标准溶液接近，三种标准物质的色谱峰面积相对标准偏差均满足检定校准技术要求。由图2、图3 可以看出，乙醇中甲醇标准溶液的色谱峰不如乙醇中叔戊醇标准溶液、甲苯中苯标准溶液色谱峰对称性好，甲苯中苯标准溶液色谱峰的对称性为最优。乙醇中甲醇标准溶液色谱保留时间为2.472 min，乙醇中叔戊醇标准溶液色谱保留时间为3.802 min，甲苯中苯标准溶液色谱保留时间为5.467 min，均能将单次进样时间控制在10 min 内，这样可以保证将一台酒类分析专用柱色谱仪的校准时间控制在2 h 之内。

表4 3 种标准溶液的定性重复性试验结果

图2 乙醇中甲醇和叔戊醇混合标准溶液的色谱图

图3 甲苯中苯标准溶液的色谱图

2.5 校准结果

分别使用乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇、甲苯中苯标准溶液作为标准物质，对同一台酒类分析专用聚乙二醇柱气相色谱仪进行校准，校准结果列于表5。由表5 数据可知，使用3 种标准溶液作为校准用标准物质，仪器校准结果均符合标准规定［2］。

表5 3 种标准物质对仪器的校准结果

2.6 注意事项

应用酒类专用分析柱气相色谱法分析酒基样品时，需注意程序升温条件，柱温箱一定要升温至200 ℃左右并保持5 min，以利于酒基样品中高沸点有机物(如β-苯乙醇)排出，若高沸点的有机物残留在色谱柱中，会影响之后样品的分离效果。因此，在对酒类专用分析柱气相色谱校准前，柱温应升高至合适的温度，并预先对酒类专用分析柱进行老化。

3 结论

（1）乙醇中甲醇、乙醇中叔戊醇和甲苯中苯标准溶液用作校准酒类专用分析柱气相色谱仪的标准物质时，其定量重复性、检测限均符合检定校准用标准物质要求。

（2）乙醇中甲醇不如乙醇中叔戊醇、甲苯中苯的色谱峰对称性好。

（3）等浓度的乙醇溶液中叔戊醇响应值最高，且其检测限低于乙醇中甲醇、甲苯中苯。

综上所述，乙醇中叔戊醇标准溶液最适于作为聚乙二醇酒类专用分析柱气相色谱仪的校准用标准物质。