威士忌中元素分析检测方案(ICP-AES)

作者 Jenny Nelson'、Greg Gilleland、Helene Hopfer34和 Susan E. Ebeler2.3 1.安捷伦科技有限公司， SantaClara， CA， USA 应用：食品鉴别 2.加州大学戴维斯分校葡萄栽培与葡萄酒酿造系，美国加利福尼亚州 3.加州大学戴维斯分校食品安全与测量机构，美国加利福尼亚州 4.宾夕法尼亚州立大学帕克分校食品科学系，美国宾夕法尼亚州 使用 Agilent 5100/5110 ICP-0ES 和MPP 化学计量学软件对威士忌进行元素分析 食品鉴别 前言 威士忌生产是一个利润丰厚的全球性行业，每年业务量达数十亿美元。世界上有20多个威士忌生产国家/地区，其中苏格兰以苏格兰威士忌引领市场，其次是美国、加拿大、爱尔兰和日本。在200多个爱好威士忌的国家/地区中，印度的消费量最大，是美国的三倍多。不出所料，印度已开始增加本国的烈酒产量[1]。 威士忌的价值高度依赖于类型、品牌和传承、品质、酒龄和合法产品定义，因此，生产者迫切希望通过建立分析方法鉴别产品的独有特性，并通过保护其真实性以防欺诈行为。 使用原子光谱分析技术对葡萄酒和烈酒进行元素分析被广泛应用于区分不同的食品和饮料，因为产品中存在的元素根据地理、原材料、生产方法和储存等条件而各有不同。 由于其高灵敏度和广泛的多元素覆盖范围， ICP-MS已成功地用于分析其他酒精饮料(如葡萄酒)的元素组成[2]，并用于区分不同原产地以及加工地点的葡萄酒[3. 4]。微波等离子体原子发射光谱仪 (MP-AES) 也已经用于通过几种目标元素来分析葡萄酒[5]。 本研究考察了 Agilent 5100 同步垂直双向观测 (SVDV) ICP-OES 分析六种不同类型威士忌的适用性。还利用安捷伦的 Mass Profiler Professional (MPP) 软件对结果进行了分析。 MPP 使用户能够以不同的方式显示数据，可以更轻松地对结果进行比较和解析。安捷伦的5100/5110 ICP-OES系列仪器提供的数据可通过 MPP 进行分析。本应用也适用于 Agilent 5110 ICP-OES。 实验部分 仪器 采用具备智能光谱组合(DSC) 功能的 Agilent 5100 SVDVICP-OES 进行所有测量。 DSC 能够在单次读数中在整个波长范围内同时测量来自等离子体的轴向和径向观测发射光。5100 ICP-OES 使用垂直放置的炬管以及在 27 MHz下运行的固态 RF (SSRF) 系统提供等离子体，具有有机样品分析所需的稳定性和可靠性。为保持充分的用户灵活性， 5100 SVDV ICP-OES 也可以在垂直双向观测 (VDV) 模式、单径向观测 (RV) 和单轴向观测 (AV)模式下运行。本研究选择后一种模式，因为仅需要对痕量元素进行分析。 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 配备标准样品引入系统，其中包括玻璃同心雾化器、1.8 mm 炬管中心管和玻璃双通道旋流雾化室。通过 Agilent SPS 3 自动进样器输送样品。仪器操作条件列于表1中。 表 1. Agilent 5100 ICP-OES 操作参数 参数 设置 RF功率(kW) 1.20 辅助气流速(L/min) 1.00 等离子体流速(L/min) 12.0 雾化器流速(L/min) 0.70 添加氩气/氧气 无 泵速(rpm) 12 提升延迟 (s) 25((快速泵开启) 冲洗时间 (s) 30((快速泵开启) 稳定时间(s) 15 读取时间 (s) 20 重复次数 3 观测模式 轴向 样品泵管 黑色/黑色 废液泵管 蓝色/蓝色 背景校正 拟合 样品和标样 本研究中采用的69种市售威士忌产品的详细信息列于表2中，其中包括16种波旁威士忌、8种爱尔兰威士忌、9种日本威士忌、1种黑麦威士忌、33种苏格兰威士忌和2种田纳西威士忌。所有样品平行配制三份，用1%(v/v)硝酸和0.5%(v/v)盐酸稀释20倍，使乙醇浓度降至2%。 利用多元素校准标样 (SPEX CertiPrep， Metuchen， NJ，USA)绘制表3所列所有元素的六点校准曲线，浓度范围为 0-1000 pg/L。所有标样均经过基质匹配(1%HNOg、0.5% HCI、2%乙醇，均为体积百分比)以考虑样品稀释和基质干扰因素。每种元素平行分析三次。 表2.69种威士忌样品，包括编码、酒龄(如果已知)和酒精纯度。表中标出了同一酒厂的产品。表格中，33种苏格兰威士忌“酒厂”列的括号内显示了地区 编码 酒龄 酒精纯度 酒厂 编码 酒龄 酒精纯度 酒厂 编码 酒龄 酒精纯度 酒厂 编码 酒龄 酒精纯度 酒厂 B1 7 107 D1 R1 12 80 D16 S1 10 86 D17 (A) S19 12 86 D28 (C) B2 8 80 D1 1 N.A. 80 D9 S2 10 92 D18 (B) S20 12 86 D29 (D) B3 N.A. 90 D2 12 N.A. 80 D10 S3 12 80 D19 (C) S21 10 80 D30 (D) B4 N.A. 100 D2 13 N.A. 80 D11 S4 18 86 D19 (C) S22 12 80 D31(A) B5 10 90 D2 14 8 80 D12 S5 27 116 D19 (C) S23 18 86 D31 (A) B6 N.A. 86.6 D2 5 N.A. 80 D12 S6 12 92.6 D20 (B) S24 10 80 D32 (A) B7 N.A. 100 D3 16 12 115 D13 S7 12 86 D21(B) S25 16 80 D32 (A) B8 12 86 D1 17 15 92 D13 S8 N.A. 88 D22 (D) S26 16 86 D33 (B) B9 N.A. 101 D4 18 12 92 D13 S9 10 80 D23 (D) S27 10 80 D34 (B) B10 N.A. 90 D5 J1 12 86 D14 S10 10 80 D23(D) S28 15 86 D34 (B) B11 9 100 D1 J2 12 86 D14 S11 12 80 D24 (E) S29 12 80 D35 (E) B12 N.A. 114 D4 J3 N.A. 96 D15 S12 15 92 D24 (E) S30 12 80 D36 (D) B13 N.A. 90.2 D6 J4 N.A. 110 D15 S13 12 80 D25 (E) S31 16 80 D37 (A) B14 N.A. 90.4 D7 J5 10 90 D16 S14 10 80 D26 (E) S32 15 92 D38 (F) B15 12 90 D2 J6 12 90 D16 S15 15 92 D26 (E) S33 10 86 D30 (D) B16 N.A. 113 D8 J7 N.A. 80 D16 S16 21 86 D26 (E) T1 N.A. 90 D39 J8 17 86 D16 S17 12 80 D27 (E) T2 N.A. 80 D40 J9 12 80 D16 S18 15 80 D27 (E) 结果与讨论 校准线性 所有元素的校准曲线均表现出优异的线性，相关系数介于0.999和1.000之间。代表性校准曲线如图1所示。Cu、Mg和 Zn 的校准曲线在其校准范围内表现出优异的线性，相关系数分别为0.99999、0.99995和1.00000。 威士忌按类型编码为：B(波旁威士忌)、I(爱尔兰威士忌)、J(日本威士忌)、R(黑麦威士忌)、S(苏格兰威士忌)、T(田纳西威士忌)。?N.A.=无数据。苏格兰地区：A(苏格兰岛)；B(艾雷岛)；C(低地)；D(高地)；E(斯贝塞)；F(坎贝尔敦)。 Cu (327.395 nm) Calibration Correlation coefficient： 1.00000 图1.使用 ICP-OES 得到的 Cu、Mg 和Zn的校准曲线 使用 5100在轴向观测模式下对校准空白重复测定10次，取标准偏差的3倍作为 MDL。 各种元素的 MDL 以及分析的最小浓度/最大浓度范围如表 3所示。 表3.检测的69种威士忌样品的方法检测限(MDL)以及最小浓度-最大浓度(ug/L) 元素与波长(nm) MDL (pg/L) 最小浓度-最大农度(pg/L) 元素与波长(nm) MDL (pg/L) 最小浓度-最大浓度(pg/L) Ag 328.068 0.17 前言威士忌生产是一个利润丰厚的全球性行业，每年业务量达数十亿美元。世界上有 20 多个威士忌生产国家/地区，其中苏格兰以苏格兰威士忌引领市场，其次是美国、加拿大、爱尔兰和日本。在 200 多个爱好威士忌的国家/地区中，印度的消费量最大，是美国的三倍多。不出所料，印度已开始增加本国的烈酒产量。威士忌的价值高度依赖于类型、品牌和传承、品质、酒龄和合法产品定义，因此，生产者迫切希望通过建立分析方法鉴别产品的独有特性，并通过保护其真实性以防欺诈行为。使用原子光谱分析技术对葡萄酒和烈酒进行元素分析被广泛应用于区分不同的食品和饮料，因为产品中存在的元素根据地理、原材料、生产方法和储存等条件而各有不同。由于其高灵敏度和广泛的多元素覆盖范围，ICP-MS 已成功地用于分析其他酒精饮料（如葡萄酒）的元素组成，并用于区分不同原产地以及加工地点的葡萄酒。微波等离子体原子发射光谱仪 (MP-AES) 也已经用于通过几种目标元素来分析葡萄酒 [5]。本研究考察了 Agilent 5100 同步垂直双向观测 (SVDV) ICPOES 分析六种不同类型威士忌的适用性。还利用安捷伦的 Mass Profiler Professional (MPP) 软件对结果进行了分析。MPP 使用户能够以不同的方式显示数据，可以更轻松地对结果进行比较和解析。安捷伦的 5100/5110 ICP-OES 系列仪器提供的数据可通过 MPP 进行分析。本应用也适用于 Agilent 5110 ICP-OES。结论将 Agilent 5100/5110 ICP-OES 与强大的数据分析包（如 Agilent Mass Profiler Professional (MPP)）结合，可对威士忌进行元素分析。元素差异主要是由加工设备和原材料（如水）引起的。该方法表明，69 种威士忌的分析数据之间存在足够大的差别，利用若干元素的差别足以区分 5 种类型的威士忌。需要与该行业进行合作与协作，以确定元素指纹图谱分析技术在产品区分与鉴别方面的未来研究方向。