便携式 GC/MS 在烈酒真伪鉴别中的应用

       据统计数据显示，欧洲烈酒的出口额达到了 100 亿欧元，带来了近 90 亿欧元的贸易净差额，成为欧洲地区价值Z高的农产品出口项目。正如欧盟的成员国一样，蒸馏酒也是种类繁多，共有 46 个品种，包括一系列蕴含产区和欧盟文化的产品。比如苏格兰威士忌是Z为畅销的威士忌品牌，销往 200 多个国家。2014 年苏格兰威士忌出口额达 39.5 亿欧元，相当于英国每秒就有 135 欧元的贸易净差额。苏格兰威士忌以及其他知名欧洲烈酒作为优质的化产品 , 因此也成为非法造假者的主要造假对象。

       伪造产品影响商品的直销：它损害了品牌和烈酒类的声誉, 其引发食品安全问题也令人担忧 , 这些问题也对相关的烈酒生产商造成影响。造假者使用工业酒精生产假冒伪劣的烈酒，降低了品质的同时严重危害了消费者的健康。

       工业酒精中添加了化学物质使其不能饮用。按照法律规定添加的痕量物质如饮用能造成重大的健康危害。甲乙酮和甲醇这些化合物添加到工业酒精中能有效防止其被用于饮用消费。

       大量的分析技术被用来检测搀假的威士忌和烈酒。威士忌和烈酒的掺假鉴定方法众多，但这些方法需在实验室里操作，并由经验丰富的操作员来进行样品分析。本文建立了便携式气相色谱质谱仪鉴定苏格兰威士忌以及其他烈酒掺假的方法，该方法操作简单方便。针对苏格兰威士忌掺假的标记物进行分析有助于检测 掺假苏格兰威士忌的多种化合物的分析。工业酒精中的标记物的化学结构独 一无二，采用 GC/MS 可以很容 易检测并准确定性。Torion 便携式气质的质量数范围 （41-500 m/z) 无法用于甲醇检测，但甲醇往往与其他 化合物一起用作工业酒精的标记物。故本方法无需检测甲醇就可以有效鉴定掺假烈酒。无论在货物口岸， 流动仓库或销售点都可以直接现场检测，避免了这些危险商品流通至顾客。

       为了将的气质联用技术用于现场检测，需要开发简单稳定的硬件，易于使用的软件，还有样品前处理技术以及进样技术。该系统可供无气质联用操作经验的非专业人员使用。PerkinElmer Torion T-9 是一款一体化的， 坚固耐用的便携式气质联用仪。采用锂电池供电，内置气瓶供气及软件操作简单等特点，使得该系统可由非化学专业背景的人员进行现场操作。T-9 气质联用仪与采样方法相结合，使现场检测游刃有余，实验结果以清晰易懂的表格呈现于触屏上。本文中主要介绍了快速鉴定苏格兰威士忌及其他烈酒中工业酒精的整体解决方案。在本方法中，在工业酒精样品中添加浓度范围为 1-5% 的微量化合物，并对其进行定性定量分析。在工业酒精中的化学标记物具有唯yi的化学结构，易于气质联用仪测定，并获得定性结果。在气质联用仪系统中，前端的气相色谱部分主要起到色谱分离作用，确保烈酒中的芳香 族化合物不会干扰检测，避免标记化合物被掩盖，或导致错误鉴定的结果。伪造者企图去除这些标记化合物， 使其浓度变低，从而避免被检测到。气质联用仪具有很高的灵敏度，能够检测到极低浓度的标记物。

方法建立 

       实验方法选择通用的气质实验条件，方法参数见表 1。 在乙醇水溶液（V/V,40/60）中添加标记物，添加浓度范 围为 ppm 至百分比级别。移取 1ml 上述样品至 10ml 顶空瓶中，采用特氟龙涂层的隔垫密封，随后样品中的挥 发性化合物在气液两相中进行分配达到平衡状态，平衡时间为 10 分钟。为了获得Z佳的顶空采样时间，在 0.5- 5min 范围内进行优化选择。采用不同浓度的样品和采样 时间优化整个实验方法。Custodion™ SPME 采样针针头用于顶空瓶中采样。SPME 萃取纤维头长 1 厘米，并涂有吸附剂。本实验采用的萃取纤维涂层选择通用型宽沸 点的聚二甲基硅氧烷 PDMS 和二乙烯基苯 DVB 材料。将 SPME 萃取纤维头暴露在样品的顶空相中，挥发性化合物被富集在萃取纤维上，供便携式气质检测。

Table 1. Method Parameters.

       采用标准品建立工业酒精中标记物的参比质谱库。该类 目标化合物库包含化合物的保留时间和质谱图。这两个参数可用于化合物正交定性分析，同时采用两个识别点 可保证化合物定性的准确性。表 2 为德国、美国及欧洲的工业酒精中常见标记化合物的谱库信息列表

Table 2. Target List

       本方法在苏格兰威士忌中添加了欧洲和德国的工业酒精进行试验。实验结果显示，均检出工业酒精标记物。

Figure 1.Chromatogram and mass spectrum, with identification of  marker components in a Euro spike of a blended ScotchWhisky

       GC/MS 实验结果通常以化合物列表显示，实验室检测人员往往懂得如何解析实验数据。但在现场检测中，非专业人员未必了解甲基异丙基酮的检出，即含有工业酒精。 T-9 便携式气质软件具有有害化合物标记功能。利用危害程度分级来警示操作者，一个或多个的工业酒精标记物被检出。图 2 为便携式气质上液晶屏上的警告窗口。（样品中有一个或多个化合物在目标物库中被检出）

Figure 2. An example of an ‘Alert’ when a target compound in denatured alcohol is detected.

方法验证 

       以苏格兰威士忌为样品进行测试，确定Z低检出限和动 态范围。在威士忌中添加工业酒精（产地：美国）（浓 度为0.1% -10%。工业酒精的化学品安全说明书（MSDS） 中标明了甲基异丁基酮（MIBK）的含量为 1-4%。当工 业酒精添加量为 0.1%-10% 时， MIBK 的浓度约为 10- 4000ppm。当工业酒精添加量为 0.25% 时，MIBK 的浓度范围为 25ppm-100ppm。

Table 3.The spirit drinks employed in this study

       在方法验证过程中，建立了简单的样品前处理方法。现场检测的原则是采样过程简单，又节约成本。Z初的实验方法采用 10mL 顶空瓶，用于现场检测比较麻烦，且实验成本高。聚丙烯的自动采样管（15mL）, 通常用于实验室，具有成本低，采样简单等特点，非常适用于现场检测。该采样管具有刻度线，便于直接倒入，即可准确量取烈酒体积。本实验中使用采样管采样，避免了移取过程，并用封口钳密封，且节约实验成本。 

       样品制备步骤：添加 2 毫升的待测白酒至样品管中，并拧紧管帽。静置 5 分钟后，打开旋盖，并插入固相微萃取进样针，用针基座紧紧顶住样品管口。将固相萃取纤维头伸出在顶空相中保持 30 秒。样品被吸附在固相微萃取纤维上，并在气相色谱质谱联用仪中进样分析。

Figure 3. Sampling with theCUSTODION.The SPME fibre is  housed in a durable syringe that is operated like a ball point pen.

       本文测试了 15 个烈酒样品，对其进行采样和检测，均未检出。然后 15 种列酒样品中添加工业酒精的浓度为 0.25%，检测结果均为阳性。在烈酒中添加工业酒精浓度为 10%， 工业酒精标记物 MIBK 被检测出来。在方法 开发的Z后一步是进一步简化实验报告，只有目标库中含有化合物在报告中列出。

总结 

       采用便携式气质快速鉴定检测烈酒中是否添加了工业酒 精用于提高酒精度。检测底限的工业酒精添加浓度为 0.25%。虽然采取一些处理可以去除部分工业酒精标识物，但依然能被便携式气质检出来。故实际样品的检测 要比预期还更具挑战性：如使用 的工业酒精冒充烈酒。每个样品分析时间大约 10 分钟。数据分析软件以 通俗易懂的报告模板呈现实验结果，对操作人员来说很清晰简明。

Figure 4. Chromatogram from single malt Scotchwhiskey showing  detection and identification of methyl isobutyl ketone (MIBK) co-eluting with a flavor/aroma compound.

感谢 

       Z初的方法开发由爱丁堡的苏格兰威士忌研究所 (SWRI) 发起。感谢 SWRI 的 Peter Cockburn 和安德鲁 • 霍布森博士为方法开发做出了贡献。

      苏格兰威士忌研究所是苏格兰威士忌行业的研究机构， 其使命是确保可持续发展和保护苏格兰威士忌作为一个优质性产品。酒类检测的方法开发作为欧盟放心食品项目的一部分。欧盟第七框架研究计划提供了项目基金，并在欧盟第 613688 号协议下进行研究，技术开发和成果演示。 

       检测方法开发与基础科学研究一样有益于烈酒工业发展， 苏格兰威士忌研究所代表苏格兰威士忌协会从事苏格兰威士忌的真伪分析，他们的分析报告用于支持对造假者的起诉。每年承担来自世界各地的大约 150 种可疑威士忌样品分析。

作者 :

Peter Cockburn

The Scotch Whisky Research Institute

PerkinElmer, Inc.

Waltham, MA