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顶空固相微萃取


第 20 卷第 1 期 2002 年 1 月





CHINESE JOURNAL OF CHROMAT OGRAPHY

Vol. 20 No. 1 January 2002

顶空固相微萃取 气相色谱法测定酒中的甲醇和杂醇油
刘红河, 黎源倩, 孙成均

/>( 四川大学华西公共卫生学 院, 四川 成都 610041) 摘要: 采用环氧树脂作为固相涂层制作固 相微萃 取( SP M E) 装 置, 建立了 顶空固 相微萃取 气相色谱 法( HS SPM E G C) 测定酒精饮料中甲醇和杂醇油的方法, 并对萃取条件和 色谱条件进 行了优化 。方法的 检出限 为 0 02 mg/ L ~ 0 04 mg/ L , 相对标准偏差为 1 4% ~ 4 1% ; 与顶空气相色谱法相比, 灵敏 度可提高 20 倍~ 300 倍。 将该法用于 啤 酒、 葡萄酒和保健酒中的甲醇和杂 醇油的测 定, 加标回 收率为 80 8% ~ 110 3% ; 与顶 空气 相色谱 法( 国家 标准 方 法) 进行了比较, 相对误差不大于 7 3% 。该法简便、 快速、 灵敏、 精密度好, 拓宽了 SP M E 的应用范围。 关键词: 固相微萃取; 气相色谱; 甲醇; 杂醇油 中图分类号: O658 文献标识码: A 文章编号: 1000 8713( 2002) 01 0090 04

Determination of Methanol and Fusel Oils in Alcohol Beverages Using Headspace Solid Phase Microextraction and Gas Chromatography
L IU Hong he, L I Yuan qian, SUN Cheng jun
( West China School of Public H ealth , Sichuan Univ er sity , Chengdu 610041 , China)

Abstract: A met hod for the determinat ion of methanol and fusel oils in alcohol beverages using headspace solid phase microex tract ion and gas chromat ography ( HS SPM E GC ) is present ed T he solid phase w as a coat ed epox y resin. T he ext ract ion and chromat ography condit ions w ere optimized Limits of det ect ion were 0 02 mg/ L- 0 04 mg/ L and relat ive standard deviat ions w ere in the range of 1 4% - 4 1% . T he proposed method show ed bett er sensit ivit y in comparing w it h direct headspace gas chromatography( H S GC, t he Nat ional Standard method) T his met hod w as applied to evaluate real samples T he spiked recoveries in beer, w ine and funct ional alcohol samples ranged f rom 80 8% t o 110 3% for met hanol and fusel oils T he result s by H S SPME GC and HS GC for alcohol samples coincided very w ell T he proposed method is simple, f ast and accurate w it h high reproducibility, high sensit ivity and low cost It ext ends t he applications of SPME Key words: solid phase microext raction; gas chromatography ; methanol; fusel oil 酒是人们日常生活中常见的饮料之一。酒中所 含甲醇和杂醇油( 包括丙醇、 丁醇、 戊醇等) 能与有机 酸结合成酯, 使酒具有独特的香味, 但又有一定的毒 性, 因此我国食品卫生标准规定了酒中甲醇和杂醇 油的限量 。 测定酒中甲醇和杂醇油常用的方法主要有比色 法和气相色谱( GC) 法[ 2] , 比色法操作比较繁琐且不 能测定单一组分, 气相色谱法除蒸馏酒外都需蒸馏 后才能分析, 在蒸馏过程中可能会造成某些易挥发 成分的损失而导致结果偏低。采用顶空固相微萃取 ( H S SP ME) 与 GC 联用分析挥发性成分, 可将样品 萃取、 富集和进样结合起来, 大大提高分析速度和方
收稿日期: 2001 07 13 作者简介: 刘红河, 男, 1970 年生, 硕士, 检验师, 现在深圳市卫生防疫站理化检验科工作。 通讯联系人: 黎源倩, 女, 1946 年生, 电话: ( 028) 5501303, E mail: liyuanqian @ hot mail com。 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 批准编号 30070678)
[ 1]

法灵敏度 分析
[ 4~ 6]

[ 3]

。SPM E 与 GC 联用已用于药物和环境

, 但在卫生检验中的应用报道较少。因环

氧树脂有热稳定性好、 涂渍性能优良等优点, 本文将 环氧树脂用于制作固相微萃取的萃取涂层, 自行制 作固相微萃取装置, 样品不需 要前处理, 直接采用 HS SP ME GC 对酒精饮 料中的甲醇和 杂醇油进行 了测定, 并对方法的性能指标进行了考察, 取得了满 意的结果。

1

实验部分

1 1 仪器设备及试剂 GC 9A 气相色谱仪( 日本岛津) , 带有火焰离子

第1期

刘红河等: 顶空固相微萃取 气相色谱法测定酒中的甲醇和杂醇油

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化检测器; 涂有 6 6% PEG 20M 的石墨碳黑不锈钢 填充柱( 2 m 4 mm i. d. ) ; 石英光导纤维( 成都西门 子光纤公司) ; 微量注射器; 100 mL 具塞顶空瓶; 电 热恒温水浴箱; 电热磁力搅拌器; 电子分析天平。所 用试剂除注明外均为分析纯, 实验用水为重蒸水。 1 2 操作步骤 1 2 1 混合标准溶液的配制 称取甲醇 0 023 9 g 、 丙 醇 0 033 6 g、 异 正丁 醇 0 041 9 g 、 丁 醇 异 0 041 9 g、 异戊醇 0 041 7 g、 正戊醇 0 028 6 g, 用 60% ( 体积分数) 无甲醇乙醇水 溶液溶解并定 容至 10 mL , 混 匀, 密封 后置 于冰 箱 中保 存; 临用 时 用 60% 无甲醇乙醇水溶液稀释 10 倍。 1 2 2 萃取头的制备 取直径为 0 05 mm 的石英 光纤, 表面经处理后用 50 g/ L 的环氧树脂溶液进行 涂渍, 使之在光纤表面形成一层均匀的环氧树脂层, 涂后在显微镜下测量涂层的实际厚度。本实验所用 的 SPM E 萃取头涂层在显微镜下测量厚度为 60 m ~ 85 m, 伸出注射器针头的长度为 1 5 cm, 将制得 的光纤萃取头组装成固相微萃取装置, 放入 GC 汽 化室内在氮气保护下于 200 1 2 3 色谱条件 老化 2 h 备用。 涂有 6 6% PEG 20M 的石墨碳

果较好, 但使用过程中发现该涂层较易脱落, 导致结 果重现性差。而环氧树脂涂层则能耐较高温度、 不 易脱落、 使用寿命长。涂层厚度也对萃取效果也有 一定的影响, 厚度增大则萃取量增加, 但过厚将造成 解吸温度增高和解吸时间延长。通过对厚度为 24 m~ 100 m 的几种环氧树脂涂层 的比较, 发现厚 度为 60 m~ 85 m 的涂层萃取效果较好且对解吸 条件要求不高。故选择涂层厚度为 60 m~ 85 m。 2 1 2 气 液平衡温度和时间的选择 ~ 80 比较了不同 水浴温度( 20 ) 对酒中甲醇和杂醇油 H S

SPME 萃取效果的影响。在相同的平衡时间内, 温 度达 60 以上时, H S SPM E 萃取效果较好。考虑 到顶空瓶必须保持密闭的要求, 选择气 液平衡温度 为 65 。在 65 时比较不同恒温时间对 6 种化合 物 HS SPME 萃取效果的影响, 发现在 60 min 以上 时萃取效果较好。 2 1 3 NaCl 用量的选择 待测化合物在水中均有 一定的溶解度, 加入 NaCl 可降低待测 化合物在水 中的溶解度, 使之在气相中所占体积分数增加, 有利 于提高分析的灵敏度。因此考察了在标准溶液中加 入不同量( 5 g ~ 40 g) NaCl 对萃取效率的影响。当 100 mL 水溶液中所含 NaCl 的质量为 25 g~ 40 g 时 待测物的色谱峰达到最大并保持稳定, 因此选用加 入 30 g NaCl 进行实验。 2 1 4 萃取时间的选择 固相微萃取的萃取头在 达到气 液平衡的顶空瓶中的放置时间直接关系到 对气相中待测组分的萃取量。比较了不同的萃取时 间( 2 min~ 20 m in) 对萃取效率的影响, 结果表明甲 醇和杂醇油的萃取量初始时随萃取时间的增加而不 断增加, 10 min 时基本达到稳定。搅拌可使气 固平 衡时间缩短。实际测定时, 我们选择在搅拌状态下 于 65 2 1 5 恒温 60 min, 萃取 10 m in 进行测定。 解吸温度和解吸时间的选择 甲醇和杂醇

黑不锈钢填 充柱( 2 m 4 mm i. d. ) ; 气化室温 度 170 ; 检测器温度 170 ; 柱温 70 ; 载气流量 30 mL/ min [ 8] 。 1 2 4 标准曲线的绘 制 分别 取 0 10 mL , 0 20 mL, 0 50 m L, 0 80 mL 和 1 00 mL 混合标准溶液 于 100 mL 顶空瓶中, 加入 30 g NaCl, 加重 蒸水至 100 m L, 加入磁力搅拌子, 在( 65 ! 1) 恒温水浴中 加热 60 min, 在电磁搅拌下将 SPME 萃取头插入顶 空瓶萃取 10 min, 取出后立即插入气相色谱仪的进 样口进行热解吸。分别测定标准溶液的色谱峰峰面 积, 以峰面积对相应的质量浓度作图, 得标准曲线, 并求出回归方程。 1 2 5 样品测定 量取适量酒样于 100 mL 顶空 瓶中, 加入 30 g NaCl, 然后加重蒸水至 100 mL , 加 入磁力搅拌子, 密闭, 按? 1. 2. 4# 节的分析步骤进行 分析。与标准溶液的色谱图比较, 根据保留时间定 性, 峰面积外标法定量。

油均属于易挥发 性化合物, 解吸温度不需 要很高。 改变气相色谱仪进样口的温度, 即改变解吸温度会 对 6 种化合物的测定结果产生影响。考虑到解吸温 度过高对 SPME 涂层损害较大, 解吸温度过低则解 吸时间增长, 色谱峰形不对称, 因此采用 170 作为 解吸温度。在此解吸温度条件下, 比较了不同解吸 时间对测定结果的影响, 结果表明 1 min 可基本解 吸完全。

2
2 1

结果与讨论
萃取条件的优化 采用 5 种涂层分

2 1 1 SPME 固相涂层的选择

2 2 方法评价 2 2 1 方法线性范围和检出限 根据实际样品中 待测物质的含量配制系列标准液, 6 种待测物的质 量浓度在 0 04 mg/ L ~ 400 mg/ L 时线性良好。以 基线噪声的 2 倍所对应待测物的质量浓度作为方法

别为 OV 1、 PEG 20M、 环氧树 脂、 PEG 20M + 环氧 树脂及无涂层的光纤, 分别按上述操作步骤分析几 种醇类的混合标准溶液, 发现涂有环氧树脂的光纤 萃取效果最好。涂有 PEG 20M 的光纤初次使用效

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第 20 卷

的检 出限。甲醇、 戊醇 和正 戊醇的 检出 限均 为 异 0 02 mg/ L; 异 丁醇 和正 丁 醇的 检 出限 均 为 0 03

mg/ L ; 正丙醇 为 0 04 mg/ L 。混合标准溶液及葡 萄酒样品的 HS SPME GC 色谱图见图 1。

图1 Fig 1

甲醇与杂醇油的标准品混合物( a) 及葡萄酒样品( b) 的 HS SPME GC 色谱图

Chromatograms of methanol and fusel oil standards sol ution ( a) and wi ne sample ( b) by HS SPME GC 1 met hanol; 2 propanol; 3 iso butanol; 4 n butanol; 5 i so pent anol; 6 n pent anol.

2 2 2 方法精密度

配制一定质量浓度的标准液,
Tabl e 1 Sample Beer

按优化实验条件进行测定( n= 7) , 各组分峰面积的 相对标准偏差( RSD) 为 1 4% ~ 4 1% 。 2 2 3 准确度实验 ( 1) 加标回收试验: 对几种酒 样分别进行了加标回收试 验。取同一样 品 9 份, 3 份测定本底, 另 6 份加入不同量的标准品, 按测定方 法进行操作。结果表明, 待测化合物的加标回收率 为 80 8% ~ 110 3% , 平均值为 100 2% 。其中啤酒 及葡萄酒样品测定的结果见表 1。( 2) 与国家卫生 标准分析方法对比: 对某保健酒和啤酒样分别采用 HS SPME GC 法和酒样经蒸馏 后直接进样分 析的 HS GC 法 ( 国 家 卫 生 标 准 分 析 方 法 GB5009 48 1996) 进行测定, 结果见表 2。由表 2 中的分析结果 可以看出, 两法的相对误 差不大于 7 3% 。用 HS GC 测得酒中甲醇的含量偏低, 可能是因为酒 样蒸 馏造成了挥发成分的损失。
表2 Table 2 W ine

表 1 样品加标回收试验结果 Spi ked recovery tests by HS SPME GC Background Added Found Recovery ( mg/ L) ( mg/ L) ( mg/ L) (%) 11 40 13 51 19 37 7 68 63 01 22 18 46 89 12 73 0 19 60 96 170 80 ND 2 39 9 36 8 40 16 80 16 76 4 19 16 76 16 68 11 44 23 90 8 40 33 60 10 48 41 90 10 48 41 90 41 70 7 15 28 60 13 67 20 60 21 00 27 61 35 40 11 29 24 44 80 06 34 80 70 68 20 51 44 91 9 83 41 78 70 77 103 17 212 43 7 33 29 11 95 0 98 3 89 2 83 9 95 6 86 2 100 0 102 2 110 3 99 5 92 6 95 8 92 0 99 2 93 6 100 7 99 8 102 5 101 8

A nalyte met hanol n propanol i so butanol n butanol iso pent anol n pent anol met hanol n propanol i so butanol n butanol iso pent anol n pent anol

N D: not detected. HS SPME GC 法与 HS GC法比较

Comparison of HS SPME GC with HS GC for the anal ysis of samples Functional alcohol Beer relat ive error (%) 21 5 0 8 2 6 7 3 0 HS S PM E GC ( mg/ L) 9 0 13 0 19 0 7 0 52 0 20 0 HS GC ( mg/ L) ND 13 0 20 0 7 0 51 0 ND relat ive error (%) 0 5 0 0 2 0 -

A nalyte

H S S PM E GC ( mg/ L )

HS GC ( mg/ L) 214 0 248 0 78 0 82 0 160 0 ND

M et hanol n Propanol iso But anol n But anol i so Pentanol n Pentanol N D : not det ect ed.

260 0 250 0 76 0 88 0 160 0 9 0

2 2 4

HS SPME GC 与 HS GC 的比较

在相 同

HS GC 测定, 比较峰面积( 见图 2) , 可知 HS SPME GC 比 H S GC 法的灵敏度高 20 倍~ 300 倍。

色谱条件下对同一样品平行进行 H S SPME GC 和

第1期

刘红河等: 顶空固相微萃取 气相色谱法测定酒中的甲醇和杂醇油

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法的应用范围, 并为新型萃取纤维的开发和研制提 供了思路。

参考文献:
[ 1] Department of Standard, Chinese Academy of Prevent ive M edicine. Compilation of National Standar d for Food Hy g iene( 4) . Beijing: Chinese Standard Press, 1997. 458 中国预防 医学科学院标准处. 食品卫生国 家标准汇 编 ( 4) . 北京: 中国标准出版社, 1997. 458 [ 2]
图2 Fig 2 HS GC 与 HS SPME GC 在甲醇和杂醇油 测定中的灵敏度比较 Compari son of HS GC and HS SPME GC for sensitivi ty in the analysis of methanol and fusel oil s 1 met hanol; 2 n propanol; 3 i so but anol; 4 n but anol; 5 i so pent anol; 6 n pent anol.

L U Chang hao. Physical T esting and Chemical Analysis for F oods. Beijing: People% s Health Press, 1993. 152 鲁长豪主编. 食品 理化 检验 学. 北京: 人民 卫生 出 版 社, 1993. 152

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Belar di R P , Paw liszyn J B. W ater Pollut Res J Can, 1989, 24: 179 Elke K, Jermann E, Beg erow J, et al J Chromatogr A, 1998, 826: 191 Potter D W, P aw liszyn J 247 Denis Page B, Lacroix G. J Chromatogr , 1993, 648& 199 L I Y uan qian, L IU Guo jun. Jour nal of West China U niversity of M edical Sciences, 1991, 22( 1) : 103 黎源倩, 刘国 钧. 华西 医科 大学 学报, 1991, 22( 1) : 103 J Chromatogr , 1992, 625:

3

结论
本文采用 环氧树脂作 为固相涂 层制作 SPME

装置, 建立了 H S SPM E GC 测定酒中甲醇和杂醇油 的方法, 优化了色谱条件和萃取条件。该法操作简 便、 快速、 准确、 灵敏度高、 精密度好, 适合于分析甲 醇和杂醇油等极性有机化合物, 拓宽了固相微萃取





敬告作者和读者

Journal of Natural Gas Chemistry( ? 天然气化学( 英文版) () 从 2002 年起改由中国科学院 大连化学物理研究所和中国科学院成都有机化学研究所共同主办。联合办刊编辑部设在中国 科学院大连化学物理研究所, 主编由包信和研究员和 Alexis T Bell 教授担任。新的编辑委员 会将在 Journal of Natural Gas Chemistry 2002 年第 1 期中公告。今后作者来稿请寄中国科学 院大连化学物理研究所 Journal of Natural Gas Chemistry ( ? 天然气化学( 英文版) () 编辑部。 欢迎广大读者直接同本编辑部联系办理 2002 年期刊的订阅手续。 编辑部地址: 大连市中山路 457 号 电话: ( 0411) 4379237 邮编: 116023 联系人: 杨 宏 传真: ( 0411) 4379021 E mail: jngc@ dicp. ac. cn

Journal of Nat ural Gas Chemistry ?天然气化学( 英文版) (编辑部 2002 01 25


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