国产与进口气相色谱仪在白酒分析中的比较研究

樊 成，魏宁果，范芳芳

（陕西省产品质量监督检验研究院，陕西西安 710048）

气相色谱（gas chromatography，GC）作为一种高效、快速、高灵敏度的色谱检测分析技术，具有理论塔板数较高，适用于复杂混合物的分析，可分离同位素等类似物质，分离速度较快，不局限于物体形态等优点，在食品、化工、建材、环境、医药等领域逐渐普及并广泛应用[1-5]。

在产业发展前期进口仪器（如美国安捷伦、赛默飞世尔科技、沃特世、日本岛津等）抢占了国内市场先机。国产仪器产业起步较晚，国家陆续出台多项政策法规（如减免增值税、国产仪器优先采购政策、国家重点项目等）来支持科技创新和仪器设备的国产化建设，有力的保证了国产科学仪器的基础研究、升级改造、市场销售等持续发展[6-7]。国产仪器行业把握机会，充分发挥科技自立自强、科技创新、突破核心关键技术瓶颈，发展速度较快，企业数量、产品性能、质量指标等方面都有很大提高，与国外最先进设备的差距也越来越小。设备的研制和应用是不可分割的，本文通过实验室实际使用国产气相色谱的情况，客观的评价其优缺点，帮助国产仪器和企业发现不足，进而改进设备，推动国产设备的发展，也为广大企事业单位及科研院所在选择仪器时提供有价值的基础数据和参考建议。

中国白酒历史悠久，是中国食品工业发展的重要组成部分。白酒在发酵过程中，由于原料和辅料中果胶质内甲基酯分解会产生甲醇[8]，也有部分不法分子用工业酒精勾兑，造成甲醇的超标。白酒的基质较复杂，按照GB 5009.266—2016《食品安全国家标准食品中甲醇的测定》仪器参考条件测试过程中出现甲醇峰型不好看（峰拖尾严重、不对称、峰宽）、分离度不好，易出现假阳性（出现共流出峰）等问题。白酒的香味成分复杂，由上千种挥发性化合物组成，包括酯类，醇类，酸类，缩醛类，酮类，杂环类，芳香类，含氮化合物，醛类、萜类和含硫化合物等，其研究主要是采用气相色谱分析技术[9-11]。GB/T 10345—2022《白酒分析方法》中列举了一些参数的检测方法，但涉及多个方法，需多次进样，较费时费力。本研究从色谱柱和衬管的选择、分流比、进样量、载气流速、升温程序等方面对色谱条件进行了优化，使得较难分离的乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇、乙醇等峰有了较好的分离，有效改善了甲醇的峰型，并且可以实现多化合物同时测定，提高了工作效率，且操作简便、准确性好、精密度高，适用于白酒中多化合物的定性定量分析，为鉴别白酒品质提供判断依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样：市售的具有代表性的不同香型的白酒，其中浓香型2 个、清香型3 个、凤香型3 个、复合香型2个。

标准品及试剂：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、异丁醇、异戊醇、叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸标准物质（纯度≥99 %），DR EHRENSTORFER；乙醇（优级纯），格雷斯Grace；超纯水（电阻率18.2 mΩ·cm2）。

仪器设备：GC9720 plus 福立气相色谱仪（配置FID 检测器），浙江福立分析仪器股份有限公司；Agilent 7890A 气相色谱仪（配置FID 检测器），美国安捷伦科技有限公司；XPR205/A 电子天平，美国梅特勒-托利多公司；EU15 Proseers超纯水机，青岛普洛斯科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准系列溶液的配制

混合内标溶液（20000 mg/L）：准确称取叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸的标准物质0.5 g，用50%的乙醇溶液溶解定容至25 mL。

标准物质的储备溶液（乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯为25000 mg/L，甲醇、异丁醇、异戊醇、丁酸乙酯为5000 mg/L，β-苯乙醇为500 mg/L，正丙醇、乙酸、己酸为10000 mg/L）：准确称取适量的标准物质，用乙醇溶解定容至100 mL。

混合标准工作溶液：分别移取一定体积的混合标准储备溶液于7 个10 mL 的容量瓶中，加入0.1 mL 的混合内标溶液，用50 %的乙醇溶液溶解定容，混匀。配制成乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯为125 mg/L、250 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、1500 mg/L、2000 mg/L、3000 mg/L，甲醇、异丁醇、异戊醇、丁酸乙酯为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、己酸为50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1200 mg/L，β-苯乙醇为2.5 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、60 mg/L 的系列混合标准工作溶液。

1.2.2 样品前处理

参照GB/T 10345—2022《白酒分析方法》：移取适量样品于10 mL 容量瓶中，加入0.1 mL 内标溶液，使用同一样品定容，充分混匀，按照仪器参考条件测定样品。

1.2.3 仪器条件

色谱柱：Agilent CP-Wax 57（50 m×0.250 mm×0.2 µm）毛细管柱；载气：高纯氮气；分流比：30∶1；流速：0.7 mL/min；进样口温度：250 ℃；检测器温度：250 ℃；升温程序：初始温度40 ℃，保持4 min，以5 ℃/min 升至100 ℃，以10 ℃/min 升至200℃，保持10 min；空气流量：300 mL/min；氢气流量：40 mL/min；尾吹气流量：25 mL/min；进样量：0.5 μL。

1.2.4 计量性能测定

参照JJG 700—2016《气相色谱仪检定规程》：记录基线30 min，选取基线中噪声最大峰-峰高对应的信号值为仪器的基线噪声，基线偏离起始点最大的响应信号值为仪器的基线漂移。待基线稳定后，注入1 μL 正十六烷异辛烷溶液(100 ng/μL)，连续测量7 次，记录正十六烷峰面积，计算定性重复性、定量重复性及检测限。

1.2.5 上机测试

根据仪器条件设置各参数，预热待仪器稳定后，分别测试标准系列溶液和样品溶液。保留时间定性，以标准溶液浓度与内标浓度比值为横坐标，以标准溶液峰面积与对应内标物峰面积比值为纵坐标，绘制标准曲线，内标法计算各待测组分含量。

2 结果与分析

2.1 计量性能测定结果

气相色谱仪作为列入国家强制检定管理范围的计量器具，需按照计量检定规程实行强制检定。计量检定也是确保计量器具准确一致，进行量值溯源的重要途径。参照JJG 700—2016《气相色谱仪检定规程》和文献报道[12]，本文列举了两台设备的部分计量性能的测定结果，见表1。由表1 可以看出，两台设备的计量性能结果都能够满足气相色谱计量检定规程的要求，结果基本无差异。

表1 不同品牌气相色谱仪计量性能测定结果

2.2 色谱条件的优化

合适的色谱柱（包括固定相、柱长、内径、膜厚等参数）能获得更好的分离效果。白酒分析中多选用极性聚乙二醇固定相色谱柱[13-14]，由于化合物的种类较多，50 m 比30 m 色谱柱有更好的分离效果，本文选择白酒分析专用Agilent CP-Wax 57（50 m×0.250 mm×0.2 µm）毛细管柱。有研究发现超惰性衬管能够有效地降低基质效应和改善峰型[15-16]。通过对比普通玻璃棉衬管和超惰性衬管发现，超惰性衬管可消除衬管内部潜在的活性位点，有效防止吸附，确保样品通过稳定的去活化表面准确转移至气相色谱柱，能够有效地改善甲醇的峰型，乙酸乙酯、乙缩醛和甲醇能实现更好的分离。柱温一般可选择恒温或程序升温，程序升温适于宽沸程、多组分混合样品的分离，能够减少分析时间并且整个分离过程中峰形一致，能够获得较好的分离度，降低检测限，结合各物质的沸点优化初始温度、升温速率和最终温度。优化分流比、进样量和载气流速等仪器条件，标准物质气相色谱图见图1。由图1 可以看出，进口和国产设备在优化后的色谱条件下都能在30 min 内实现14 种化合物的有效分离，出峰时间差异不大，较难分离的乙酸乙酯、甲醇、乙醇等峰有了较好的分离，有效改善了甲醇的峰型，并且可以实现多化合物同时测定。

图1 Agilent和福立气相色谱仪分离14种化合物的标准色谱图（浓度：500 mg/L）

2.3 方法学验证

为了确保分析检测结果准确、可靠，对所采用的分析方法的准确性、科学性和可行性进行验证，以证明分析方法符合分析测试的目的和要求。在优化的最佳色谱条件下，对标准系列进行气相分析，绘制标准曲线。仪器检出限是指仪器能够可靠检测的最小信号所对应的待测物质最小值，能够反映仪器本身的检测能力，按照信噪比S/N=3 计算检出限，测定结果见表2。由表2 可知，各物质的相关系数＞0.999，线性关系良好，检出限＜10 mg/L。

为了验证方法的准确性和实用性，进行了加标回收试验。实验选取白酒基质，添加水平为50 mg/L，进行6 次重复性测试。检测结果见表2，由表2 可以看出进口设备的回收率在96.0 %～105.0 %之间，相对标准偏差（RSD）＜1.10 %，国产设备的回收率在95.8 %～104.9 %之间，相对标准偏差（RSD）＜1.17 %，均符合GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范食品理化检测》附录F检测方法确认的技术要求。综上结果表明国产设备检出限水平已与进口设备相当，仪器灵敏度、精密度、准确度等性能能够满足企事业单位的检测要求。

2.4 实际样品的测定

实验选取市售不同香型的白酒10 个，采用1.2试验方法分别使用国产和进口气相色谱对其甲醇和10 种风味物质进行测定，考察其是否适用于不同香型白酒实际样品的测定，测定结果见表3。由表3 可知，国产和进口设备能够对不同香型的白酒进行定性定量分析，计算结果经t-test 分析，P＞0.05，两组数据无显著性差异。不同香型白酒的主体风味物质差别较大，浓香型白酒的主体风味物质是己酸乙酯，清香型的是乙酸乙酯，凤香型和复合香型的是乙酸乙酯和己酸乙酯[17-21]。酸类是糖类发酵后的一种产物，低浓度的酸能够增加白酒香气的层次感和复杂性[22]，浓香型和凤香型酒的酸类主要以乙酸和己酸为主，清香型白酒的酸类主要是乙酸。

表3 实际样品的测定结果 (mg/L)

2.5 操作便携性

硬件方面，两台设备都配置卓越的气路控制系统、重现性好的自动进样系统、精准的温度控制平台及电子程序压力流量控制系统（EPC），操作简便、外观简洁、易操作。软件操作系统（色谱工作站）的共同优点是：界面设计简单易用，支持多窗口多方法分析，可实现测量、查看数据同时进行，软件可实现标准曲线法、内标校正等多种数据处理方法，报告有多种输出格式可供选择等。两台设备在方法建立和数据采集方面，工作站的操作难易差异不大，但在数据处理方面进口设备操作更加简便、人性化，要优于国产设备。国产设备能够快速高效响应客户的需求，节约用户的成本，配件价格和维修费用等方面的优势要远高于进口仪器。

3 结论与展望

本研究采用GC-FID 建立了以叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸为内标，同时测定白酒中11 种物质的检测方法，该方法具有操作简便、检出限低、准确度好、精密度高等优点，具有较高的实用价值，适用于不同香型白酒样品的测定。通过对比发现国产气相色谱仪对于多化合物可实现同时快速测定分析，检出限、精密度和准确度都与进口仪器水平相当。由于时间有限，设备长期稳定性有待进一步的研究。研发与应用不可分割，后续应在应用中不断发现问题、解决问题，得到完善和改进的机会。国产气相色谱仪相需要不断研发改进，完善色谱工作站，不断进行细节的提升。今后气相色谱仪的发展将趋于微型、便携式、软件分析智能化、远程技术支持、专用型GC、芯片级GC 等，需要产学研协力合作，夯实应用基础研究，促进科研成果转换，与应用相结合，解决客户需求，进而促进气相色谱的发展，满足检验检测需求，确保技术先进、性能优良、质量可靠、运行稳定、实验结果精确。