樊 成，魏寧果，范芳芳

（陜西省產(chǎn)品質量監(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，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，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、突破核心關鍵技術瓶頸，發(fā)展速度較快，企業(yè)數(shù)量、產(chǎn)品性能、質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內甲基酯分解會產(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[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（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0.5 g，用50%的乙醇溶液溶解定容至25 mL。

標準物質的儲備溶液（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，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標濃度比值為橫坐標，以標準溶液峰面積與對應內標物峰面積比值為縱坐標，繪制標準曲線，內標法計算各待測組分含量。

2 結果與分析

2.1 計量性能測定結果

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果，見表1。由表1 可以看出，兩臺設備的計量性能結果都能夠滿足氣相色譜計量檢定規(guī)程的要求，結果基本無差異。

表1 不同品牌氣相色譜儀計量性能測定結果

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，結合各物質的沸點優(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，測定結果見表2。由表2 可知，各物質的相關系數(shù)＞0.999，線性關系良好，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，添加水平為50 mg/L，進行6 次重復性測試。檢測結果見表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《實驗室質量控制規(guī)范食品理化檢測》附錄F檢測方法確認的技術要求。綜上結果表明國產(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，測定結果見表3。由表3 可知，國產(chǎn)和進口設備能夠對不同香型的白酒進行定性定量分析，計算結果經(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差別較大，濃香型白酒的主體風味物質是己酸乙酯，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-乙基丁酸為內標，同時測定白酒中11 種物質的檢測方法，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，夯實應用基礎研究，促進科研成果轉換，與應用相結合，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，確保技術先進、性能優(yōu)良、質量可靠、運行穩(wěn)定、實驗結果精確。