白酒气相色谱分析

2018-06-05 09:19:31

白酒香味成份复杂，除乙醇和水外，还有大量芳香组分存在。构成白酒质量风格的是酒内所含的香味成分的种类以及其量比关系。应用气相色谱法能快速而准确地测出白酒中的醇类、酯类、有机酸类、碳基化合物、酚类化合物以及高沸点化合物等成分的含量。

一、DNP柱测定白酒中醇、酯等组分

(一)DNP柱直接进样法测定白酒中主要醇、酯成份

白酒中醇和酯是主要香味成份。吸取原样品进行色谱分析，其优点是：操作简便，测定结果准确性高、快速;缺点是:极其微量的组分不易检出。

1样品的配制

●2%内标的配制：

吸取2mL的内标--乙酸正丁酯于1OOmL的容量瓶中，(因内标物易挥发，可在瓶内先放少量酒精)，用55%-60%的乙醇定容。

●1-2%标样的配制:

分别吸取乙醛、甲醇、正丙醇、仲丁醇、乙缩醛、正丁醇、异戊醇、(正己醇)、(糠醛)各lmL，乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯、乙酸异戊酯)各2mL一起加入1OOmL容量瓶中，用55%-60%(V/V)的乙醇定容，混匀后组成标样。(在容量瓶中先加少许乙醇，以防挥发)

●混标的配制:

分别用移液管吸取标样lOmL和内标5mL，用55%-60%(V/V)的乙醇定容到1OOmL，混匀后(可分装)待用。

混标中各组分i及内标含量计算公式:

mi=ci×Vi×di×lO00

ms=cs×Vs×ds×lO00

式中:mi/ms—混标中各组分i/内标的含量(mg/l0OmL);

ci/cs—混标中各组分i/内标的浓度(V/V)

Vi/Vs—混标中各组分i/内标的体积(mL) ;

di/ds—混标中各组分i/内标的密度(g/mL) ;

1000—算成以mg为单位的系数。

例:计算混标中正丁醇的含量

m正丁醇=1%×lOml×0.809g/ml×lO00=80.9mg/100ml混标样

计算混标中乙酸乙酯的的含量

m乙酸乙酯=2%×lOml×0.809g/ml×lO00=179.6mg/100ml混标样

计算混标中内标--乙酸正丁酯的含量

ms=2%×5ml×0.882g/ml×lO00=88.2mg/100ml混标样

建议：在这样条件不成熟的情况下，也可直接购买己配制好的混标待用。

●酒样和内标混合样的配制:在酒样中加入2%内标0.2mL，配成 lOmL

的酒样溶液，混匀后待用。

酒样内标含量计算公式同上。

即: ms=2%×0.2ml×0.882g/ml×lO00×100/10=35.28mg/100ml酒样

在酒样中直接加入内标的方法：

在酒样中加入lOμL的内标物，配成 25ml的酒样。

酒样内标含量计算公式:

ms=(Vs/l00O) ×ds×lOOO×lO0/25=4×Vs×ds

即: ms=4×lO×0.882=35.28mg/lOOml酒样

式中: ms—就中内标物的含量(mg/lOOml) ;

Vs/l000—内标的纯体积(μl换算成以ml为单位的系数)

ds—内标的密度(g/ml) ;

1000—换算成以mg为单位的系数;

100/25—换算成以1OOml计算的系数。

注:也可在 1OOml酒样中加4OμL的内标物，或lOml酒样中加 4μL 的内标物。记住加入内标的量要非常准确。有电子天平的厂家可采用称重法加入，计算值更精确。

2色谱操作条件的选择

色谱仪：GC-2060型气相色谱仪，配FID 检测器;

数据工作站：N2000数据工作站;

色谱柱：DNP混合柱(邻苯二甲酸二壬酯20%固定液，吐温-60 70%作

减尾剂，载体为白色硅藻土Chromosorb W-HP)

不锈钢柱，Φ3×2m;

柱温：90℃~100℃;

汽化室温度：120℃~140℃;

检测器温度：120℃~140℃;

载气流速: 高纯氮20~30mL/min;

氢气流速：40~60mL/min;

空气流速：200~600mL/min;

检测器灵敏度：108;

进样量：0.4uL~luL。

3定性定量分析

●定性分析：用标样测定各组分的保留时间，将测出的酒样中的各组分与标样对照，相同的保留时间作为定性的主要因素。

●定量分析:采用内标法计算。将乙酸正丁酯作为内标物。

A.求定量校正因子

先进标样，得出各组分的保留时间和峰面积。根据定量校正因子

的计算公式:

fi = (As×mi)/(Ai×ms)

其中;

Ai,As--分别为组分i和内标物s的峰面积;

mi,ms--分别为组分i和内标物s的含量。

然后根据数据处理机的报告，编制峰鉴定表，将各组分的保留时

间和含量输入，术出各组分的定量校正因子。

B.计算酒样中醇酯的含量

根据公式：fi = (As×mi)/(Ai×ms)

推导出： mi = (As×fi)/(Ai×ms)

其中:

Ai,As--分别为组分i和内标物s的峰面积;

fi—组分i的定量校正因子;

ms--酒样中内标物的含量(mg/100ml)

(ms=4×lO×0.882=35.28 mg/100ml酒样)

4白酒中主要醇、酯在DNP柱上的相对保留时间及其参数一览表:

化合物结构式密度相对保留时间定量校正因子

乙醛C2H4O0.7880.0591.81

甲醇CH3OH0.7910.0931.45

乙醇C2H5OH0.7910.125

乙酸乙酯C4H8O20.8980.1801.40

正丙醇C3H7OH0.8040.2700.85

仲丁醇C4H9OH0.8080.3200.81

乙缩醛C6H14O20.8250.3491.30

异丁醇C4H9OH0.8060.4300.68

正丁醇C4H9OH0.8090.5900.73

丁酸乙酯C6H12020.8790.6901.10

乙酸正丁酯CH3COOC4H90.8820.8261.00

异戊醇C5H11OH0.8131.000.81

乙酸异戊酯CH3COOC5H110.8761.300.83

戊酸乙酯C7H14020.8771.461.01

乳酸乙酯C5H10O31.0421.701.72

糠醛C5H4O2 2.601.20

己醇C6H13OH0.8162.760.70

己酸乙酯C8H16O20.8723.060.90

补充:

●DNP色谱柱的制备:

固定液配比和涂布 DNP=M×0.2

吐温-60=M×O.07

式中：M为载体质量(g)

以丙酮为溶剂，将混合固定液溶解后倒入己称重的载体中，要求溶液全部吸入载体后略有余量。在水浴中蒸发至干，于1O5℃烘箱烘干1.2小时，冷却后待用。

●DNP色谱柱的老化

色谱柱老化的目的是为了除去低沸点杂质和低分子固定液，并使固定液在载体表面有一个再分布的过程，使之均匀牢固。老化时，色谱柱的出口不要接检测器，通载气老化。

DNP色谱柱的老化方法:

1恒温老化法:以柱温1OO℃，低载气流量下正常流量的1/4老化24h.

2快速老化法:设柱初温60℃，恒温lOmin，以5℃/min的速率升至115℃，恒温45min再降温到60℃，重复老化一次即可。

(二)杂醇油的分析

杂醇油包括正丙醇、异丁醇和异戊醇。白酒卫生指标中规定:杂醇油=异丁醇+异戊醇，如用对二甲氨基苯甲醛比色法测定，正丙醇不显色，异丁醇和异戊醇显出的颜色也不相同。按标准要术，混合标样中异丁醇:异戊醇=1:4并不符合其在酒中的实际比值，因而会出现标准系列与酒样色调不完全相同而难以比较的缺陷。气相色谱法能准确定量异丁醇和异戊醇各自含量，结果更为准确可靠。

(三)己酸乙酯、乳酸乙酯的快速测定

浓香型白酒中己酸乙醋的含量是直接影响自酒质童的关键指标。在浓香型白酒厂的生产控制中，有时不需要酒中的全组分，而只要掌握其主体己酸乙酯的香味组分含量以及和其它香味组分尤其是乳酸乙酯的量比关系，需要一个快速测定方法。

分析方法:

采用DNP柱+吐温60柱，将柱温升高至12O℃，此时己酸乙酯的出峰短到十几分钟左右，由于乙酸丁酯和异戊醇分离度下降，故不适合作内标物(内标物直接影响到各组分的定量准确性，应与其他组分完全分开)，而来用乙酸异戊酯为内标物，其在乳酸乙酯前出峰。

值得注意的是:柱温提高后，原先分离不好的糠醛和己醇分离开来，但出峰顺序发生改变，己醇在糠醛之前出峰。

(四)丙酸乙酯的测定

在大多数酒中，乙缩醛的含量比丙酸乙酯大得多。但有些酒中丙酸乙酯含量也不可忽视。因丙酸乙酯和乙缩醛在DNP柱上重合，因先预处理，在酒样中加入无机酸，使乙缩醛水解成醇和乙醛，而丙酸乙酯不变，再用DNP柱分析水解后的酒样，即可测出丙酸乙酯的含量;

乙缩醛水解式:

CH3CH(C2H5O)2+H2O水解 2C2H5OH+CH3CHO

1色谱分析条件

同前DNP分析条件。

2定量分析

采用内标法计算。将乙酸正丁酯作为内标物。

A.丙酸乙酯定量校正因子的测定

准确吸取丙酸乙酯2mL，加入1OOmL的容量瓶中，用60%(VW)

的乙醇溶液定容，配成2%的标准溶液。

准确吸取2%的丙酸乙酯标准溶液和2%的内标溶液各0.1mL于lOmL的容量瓶中，用60%(V/V)的乙醇溶液定容，进样分析。

丙酸乙酯定量校正因子的计算公式:

f丙酸乙酯=As×m丙酸乙酯/A丙酸乙酯×ms

=As×d丙酸乙酯/A丙酸乙酯×ds

其中:

A丙酸乙酯、As--分别为组分i和内标物s的峰面积;

d丙酸乙酯、ds--分别为组分i和内标物s的密度。

B.计算酒样中丙酸乙酯的含量

准确吸取5ml酒样于lOml容量瓶中，滴加1:3的盐酸溶液2滴，用蒸馏水定容，在室温下放置lh，然后添加内标溶液0.1ml，进样分析。

根据公式: f丙酸乙酯=As×m丙酸乙酯/A丙酸乙酯×ms

推导出: m丙酸乙酯=As×f丙酸乙酯/A丙酸乙酯×ms

其中:

A丙酸乙酯、As--分别为丙酸乙酯和内标物s的峰面积;

f丙酸乙酯--丙酸乙酯的定量校正因子;

ms--酒样中内标物的含量(mg/1OOml)

(ms=2%×0.882×O.1×1000× (10O/5)=35.28mg/lOOml)

C.计算酒样中乙缩醛的含量

m乙缩醛=直接进样法测出的乙缩醛含量—m丙酸乙酯×f乙缩醛/f丙酸乙酯

二、酸分析

白酒中主要含有较多的低级脂肪酸，如乙酸、乳酸、己酸以及含量较少甲酸、丙酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、庚酸、辛酸等，还有一些微量的高级脂肪酸。其为主要香味成分酯的前体物，本身也起着重要的呈味协调作用。有机酸类极性较强，挥发性和热稳定性较低，目前通常采用两种方法:直接进样法和衍生物法。

(一)直接进样法

有机酸类极性较强，挥发性和热稳定性较低，采用直接进样法，通常只能测定C2-C7低碳脂肪酸。

①样品处理

取30OmL酒样，在酸度计的控制下，用0.5mol/LKOH溶液中和至PH7.5-8.5蒸馏除去挥发性物质(有机酸成盐而固定，留在残液中)至残液只剩lmL左右。用稀硫酸(1:1)调节至pH-2左右，定容至5mL备用。

②色谱分析条件

色谱仪:GC-2000A型气相色谱仪，配FID检测器;

色谱柱:BDS柱(丁二酸琥珀酸聚酯)或DEGS(丁二酸二乙二醇

聚酯)加2%磷酸为减尾剂，不锈钢柱，Φ3×2m;

柱温:150℃;

汽化室温度/检测器温度:170℃

其他条件同前。

③定量计算--外标法定量

以60%(V/V)乙醇溶液，配置成1%(g/100ml) C2-C7有机酸标准混合液。准确吸取1、2、3、4、5ml，分别定容到5m1，有机酸的含量为10、20、30、40和50mg，进样1μl，以含量对峰面积作工作曲线。

进样1μl酒样溶液，(注意进样量需完全一致)，通过内插法，

在标准曲线上求出酒样含量。

计算公式:

mi=Ci/300×lO0

式中:

mi--酒中组分i的含量(g/100ml);

Ci--浓缩样中的组分i的含量。由标准曲线查得。

300--取酒样的体积(ml)

(二)衍生物法

有机酸衍生物分析法有几种方法:甲酯化法、乙酯化法、卞酯化法。其中甲醋化法采用重氮甲烷酯化，有机酸转化率高，是传统的衍生物分析法(RCOOH+N2→RCOOCH3+N2↑)，但重氮甲烷有剧毒、易爆，操作应十分小心，目前，已不多见使用。而以乙酯化法、卞酯化法较常见使用。

1季胺盐乙酯化分析法

季胺盐乙酯化分析法的原理是:采用四乙基氢氧化铵将酒中的有机酸中和(pH8.5左右)，蒸发除去其他挥发性组分，生成的季氨盐留在残渣中，溶于少量水。在350℃加热汽化条件下，有机酸的季氨盐生成相应的乙酯和三乙胺，进行色谱分析。

RCOOH+(C2H5)4NOH→RCOO(C2H5)4N +H2O

RCOO(C2H5)4N热分解 RCOOC2H5+N(C2H5)3

①样品处理

以10%的四乙基氢氧化铵液5OmL溶解在100OmL的容量瓶申，配

制成0.035mol/l左右的四乙基氢氧化氨溶液桸N(C2H5)4OH。取25mL

酒样用该四乙基氢氧化铵中和至pH8.5左右，在水浴上蒸干。酸的铵盐残存在蒸发皿中，加入2.5mL20%的乙醇，使铵盐充分溶解。加入0.1mL2%的内标溶液，混匀。进样分析。三乙胺在乙酸乙酯后出峰。

②色谱分析条件

汽化室温度:350℃~60℃;

其他条件同DNP分析法。

③定量计算--内标法定量

A.定量校正因子的计算:

可将白酒直接进样分析酯类对内标的校正因子换算成相应的酸。

如乙酸乙酯的定量校正因子fi=1.40,则乙酸的校正因子为:

f乙酸=1.40×乙酸的相对分子量/乙酸乙酯的相对分子量

=1.40×60/88=0.95

B.组分含量的计算:

mi=fi× (Ai/As) ×ms× (l00/25)

其中: fi—组分i的定量校正因子

Ai,As—分别为组分i和内标物s的峰面积;

mi--酒样中组分i的含量(mg/lOOmL);

ms--酒样中内标物的含量(mg);

(ms=O.l× (ds×2%×lO00/2.5) ×lO0=6.98mg)

l00/25--25mL换算成1OOmL的系数。

2卞基溴卞化分析法

卞酯化分析法的原理是:采用四丁基氢氧化铵将酒中的有机酸中和(pH8.5左右)，蒸发除去其他挥发性组分，生成的四丁基氢氧化胺盐溶于丙酮。加入卞基溴，进行置换反应，定量生成卞酯，可直接进行色谱分析。此法的优点是灵敏度高，且操作简便，但卞基溴是催泪性毒气，需在通风橱中使用。

RCOOH+(C4H9)4NOH→RCOO(C4H9)4N +H2O

RCOO+C6H5CH2Br→RCOOCH2C6H5+ Br-

①样品处理

以10%的四丁基氢氧化铵液5OmL溶解在10OOmL的容量瓶中，配制约成0.035mol/l左右的四丁基氢氧化氨溶液—(C4H9)4N+OH。取25mL酒样，在5OmL的烧杯里准确加入0.5%(g/l00mL)的2-乙基正丁酸内标溶液1.0mL，电磁搅拌下，用四丁基氢氧化铵中和至 pH8.5左右，定量移至75mL蒸发皿中、在水浴上蒸干。冷却后加入5mL丙酮，使之充分溶解，静置片刻，吸取上层清液2mL于lOmL的洁净、干燥的带盖试管中备用。

用微量注射器按计算量吸取卞基溴加入上述试管中摇匀。在室温下静置反应2h进行卞酯化。卞基溴加入量按下述公式计算：

(V为四丁基氢氧化铵滴定的体积，2/5为分取比例1.3为过量30%)

②色谱分析条件

色谱柱:BDS柱(丁二酸琥珀酸聚酯)，不锈钢柱，Φ3×2m;

柱温:150℃;

汽化室温度/检测器温度:170℃

③定量计算—内标法定量

吸取0.5g的2-乙基正丁酸1OOmL容量瓶中，用55%-60%(V/V)的乙醇定容，配成0.5%的内标溶液。分别吸取 0.5g的甲酸、丙酸、丁酸、异戊酸、正戊酸、庚酸、辛酸于100mL容量瓶中，配成0.5%的乙醇标准溶液。分别吸取1.0g的乙酸、己酸于100mL 容量瓶中，配成1%的乙醇标准溶液。乳酸配成1%的水溶液。

准确吸取内标溶液和各标准溶液各lmL于5OmL的烧杯中，加水lOmL，中和、蒸干，溶于5mL丙酮中。准确吸取2mL清液酯化。进样luL。按公式:

fi=(As×mi)/ (Ai×ms)

其中:

Ai,As--分别为组分i和内标物s的峰面积;

mi,ms--分别为组分i和内标物s的含量。

(mi=0.5%或1%×l×lO00=5mg或10mg

ms==0.5%×l×lO00=5mg)

B.酒样中组分含量的计算

mi=fi× (Ai/As) ×ms

ms=(0.5%×l)/2×lO00×lO0=250mg/100ml

各酸的卞醋相对保留值和校正因子

化合物相对保留时间定量校准因子