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——顶空进样法分析
摘要：葡果酒中含有大量不挥发性成份，而挥发性香气组分含量又很低，一般的气相色谱法很难测出它的香气组成。本文采用动态法顶空进样结合毛细管气相色谱新技术，研究了果酒中的微量香气组成的分析方法，用六种果酒样品进行试验，证实此法分析快速，一小时能得出结果，而且分析灵敏度高，能分析出含量低至0.05PPm的香气组分，它是葡果酒香气分析的有效方法。
（一）关于顶空进样法
顶空进样法（Head space analysis 或HAS）或液上气相色谱分析（GC—HSA）是一种以分析置于密封容器中样品上方的蒸汽组成为基础的气相色谱法。它是七十年代开始发展的新技术。其最大优点在于它能真实地反映样品的气相组成，从而揭示了人们所嗅到的香味本质。随着商品仪器自动化的迅速发展，它更具有分辨力好、灵敏度高、选择性强，样品制备简单，分析快速等优点。它适用于环境分析、溶剂残留分析，血中气体分析和食品或天然产物中的芳香成份等方面的微量分析，尤其在食品的风味分析方面得到了广泛的应用。
顶空进样分析技术在酒类的分析上，目前的报导多偏重于啤酒的研究，它已能测出啤酒中20多种挥发性香味成分，直接测出PPb数量级的组分，而且还具有良好的再现性与定量的回收率。但将这项新技术应用于葡果酒的香气分析，在国外还很少报导。我们认为它同样能适用于葡果酒的香气研究。内蒙古轻工研究所在轻工部食品发酵研究所的大力支持下，做了一些试探性的工作。实验证明，本法简便快速、灵敏度高，能真实地反映葡果酒的香气组成，它适用于产品质量分析和生产工艺控制，是一种很有发展前途的分析方法。
（二）顶空进样法的基本原理
顶空进样法可分为静态法（Static）和动态法(Dynamic)两类。
早期多采用静态法。我们曾利用此法研究过山羊奶中的膻味组成。其操作比较简单。将盛有样品的容器置于低温槽中，待温度恒定后用注射器抽取数毫升样品上方的气体，即可直接注入气相色谱柱。为了提高结果的重现性，要注意样品温度恒定和注射器保持严密的气密性。国外许多仪器公司都有静态顶空进样的自动化装置出售，如Perkin-Elmer公司的Hs-100型和惠普公司的19395A型都是此类商品。
此法的主要缺点是样品的蒸汽体积过大，影响色谱柱的分离效能，特别对于组成复杂的样品，这种进样方式限制了高效毛细管柱的使用，蒸汽中大量水分也往往有损于柱的寿命。然而如果样品中待分析组分的含量不是很低，而水分又缺少时，静态法仍是一种有效的分析方法。
为克服这些缺点，1972年Jennings首先报导将多孔高聚物用于顶空气体的捕集，这就是动态法也称为驱赶捕集法(Purge and Trap)。此法是用惰性气体（如高纯度氮气）不断通过待测样品，挥发性组分随气流进入捕集器，后者装有固体吸附剂（现更多使用Tenax GC），它能选择性地吸附样品组分。经过一段时间驱赶，挥发性组分富集于吸附剂中，最后将它们瞬间加热而解吸，并由载气导入色谱柱进行分析。这种方法比静态法优越，因它不仅适用于挥发性较高的组分，而且也可用于较难挥发及浓度较低的组分。它能与毛细管色谱柱配合使用。对组分复杂含量又低的样品更为有效。近年来国外已有各种商品化仪器出售，所有驱赶、捕集、解吸、导入等步骤全部用电脑控制自动化操作，其操作简便，测定的重现性很好。
吸附剂可用Porapak系列、Chromosorb系列和Tenax GC等，这些有机吸附剂中目前多用Tenax—GC，因它热稳定性好，加热解析至350℃不至于发生任何分解。另一特点则是水的保留体积特别小，通常样品中水分总是先于其他有机化合物而从捕集器流出，这一特点对含水较多的样品，如饮料酒就特别适合。
在实际分析时必须事先获知待测组分的穿透体积（Breakthrough Volume）。这一数值取决于捕集器的形状大小、吸附剂的性能、驱赶气体的流速以及待测组分的浓度和化学结构等。捕集时间过长会有部分组分从捕集器中流出，需要通过试验以确定组分的穿透体积，并由此确定驱赶气体的流速和时间。
热解析步骤要使捕集器瞬间从室温升至200—300℃，以使被吸附的组分迅速脱附而进入色谱柱。捕集器出口与色谱柱入口之间用一能加热至300℃的石英弹性毛细管相连接，以保证析出的组分不至在中途冷凝。近年来还有一种新的低温凝集技术，是利用液氮等冷剂的低温，将解吸组分再度凝集在色谱柱出口处，使之成为一个狭窄的组分带，然后经过闪急加热而进入色谱柱，这样对低沸点组分的分离效果能显著提高。
（三）实验及结果
1.使用仪器
美国Tokmar LSC2000型动态顶空进样浓缩器，外装一5毫升样品管，内部有一长30厘米，内径22毫米，内填充60—80目Tenax—GC有机吸附剂的捕集管，捕集器出口用一内径0.32毫米的保温石英弹性毛细管（长约1.2米）连接，另一端插入日本岛津GC—9A气相色谱仪的样品注入室。
色谱仪内装美国JW公司的HP—5型石英弹性毛细管，柱长25米，内径0.32毫米，液膜厚度1.05微米。
2.仪器操作条件
①高纯氨气流速为30毫米/分。
②驱赶温度：室温（28℃）
③驱赶时间：8分钟
④捕集器热解析温度：自室温瞬间升温至180℃，时间20秒。
⑤毛细管色谱分析条件
分流比：1:10
起始温度：45℃，保温10分钟。
程序升温速度：10℃/分升温至180℃再恒温至全部组分流出。
氢火焰鉴定器放大器灵敏度：10×8
3.测定步骤及实验结果
①校正因子的测定
选用戊酸乙酯为内标，用增量法测定各组分对内标的f值。其步骤如下：
（ⅰ）取酒样5毫升加蒸馏水5毫升，配成1:1稀释液。取5毫升稀释酒样注入样品管。按上述操作条件进行顶空进样和毛细管气相色谱分析。得到酒样中气相组分的保留时间和峰面积。
（ⅱ）配制含有一定量乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、戊酸乙酯、己酸乙酯的标准水溶液。
（ⅲ）取5毫升酒样加入5毫升标准溶液配成稀释液。取5毫升注入样品管，按以上同样条件进行顶空进样及色谱分析。其计算方法为：
f值＝（A戊酸乙酯/A组分）×（m组分/m戊酸乙酯）
A组分：（ⅲ）中组分的峰面积－（ⅰ）中组分的峰面积
A戊酸乙酯：（ⅲ）中戊酸乙酯峰面积－（ⅰ）中戊酸乙酯峰面积
m组分：标准溶液中组分的重量
m戊酸乙酯：标准溶液中戊酸乙酯的重量
经实测，各组分对内标戊酸乙酯的f值见下表
乙酸乙酯 丙酸乙酯 丁酸乙酯 乙酸丁酯 乙酸异戊酯 己酸乙酯
f值 2.05 2.44 1.49 1.49 0.91 0.66
②果酒样品的分析
将果酒样品制成1:1稀释液，内加一定量戊酸乙酯标准溶液，使其在酒样中浓度微微1.0毫克/升。
然后取5毫升注入样品管，在同上条件下进行顶空进样和气相色谱分析。
根据各组分的峰面积与内标戊酸乙酯的峰面积，计算各组分的含量。
组分含量（毫克/升）＝（A组分/A内标）×f组分×1.0
六种果酒样品的测定结果见表。其中内蒙古托县红葡萄酒与黑龙江黑加仑子酒系1:4稀释液的顶空进样分析的色谱结果。表中异丁酸乙酯结果是采用丁酸乙酯的校正因子，异丁酸乙酯采用乙酸异戊酯的f值。辛酸乙酯和癸酸乙酯采用计算乙酯的f值计算。
表：六种果酒测得的挥发性组分含量（毫克/升）
雷司令干白 解百纳干红 托县干红 红豆酒 越橘酒 黑加仑子酒
乙酸乙酯 54.24 131.41 81.70 267.60 300.60 92.18
丙酸乙酯 0.52 0.60 0.53 0.73 1.26 0.45
异丁酸乙酯 1.33 0.45 0.72 1.36 1.60 0.66
丁酸乙酯 0.53 0.34 0.69 0.44 0.91 0.29
乙酸丁酯 0.10 0.28 0.69 0.06 0.15
异戊酸乙酯 0.05 0.06 1.04 0.38 0.04
乙酸异戊酯 1.00 0.34 1.33 0.13 0.34 0.09
己酸乙酯 0.64 0.36 0.64 0.10 0.23 0.07
辛酸乙酯 1.06 0.68 1.60 0.27 0.24 0.20
癸酸乙酯 0.18 0.14 0.14 0.05 0.04 0.05
正丙醇 8.38 7.78 14.38 12.60 5.30 11.64
异丁醇 42.07 60.63 87.35 15.81 44.54 83.31
异戊醇 210.51 173.1 190.33 63.15 109.15 86.10
说明① 因正丙醇、异丁醇、异戊醇的f值分别为47.05、22.07和18.67，系数过大，结果误差也大。表中所列各醇含量是用DNP混合填充柱直接进样法所测得。
说明②
雷司令干白葡萄酒：烟台张裕葡萄酿酒公司生产，原料品种为雷司令和贵人香。
解百纳干红葡萄酒：张裕公司生产，原料品种为品丽珠、蛇龙珠和赤霞珠。
托县红葡萄酒：内蒙古托县葡萄酒厂生产，经旋转发酵法酿制贮存二年的原酒。
越橘酒：内蒙古牙克石酒厂用野生越橘酿制，贮存一年的原酒。
红豆酒：内蒙古牙克石酒厂用野生红豆酿制，贮存一年的原酒。
黑加仑子酒：黑龙江省横道河子果酒厂生产、市售。
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