Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор 9
1.1 Задачи и проблемы идентификации этанолсодержащей 9 продукции
1.2 Идентификация - её сущность и актуальность 9
1.3 Идентификация этанолсодержащей продукции 14
1.4 Методы исследования этанолсодержащей продукции 22
1.5 Обзор существующей нормативной базы в области идентификации этанолсодержащей продукции
1.6 Формулировка задач исследования 49
Глава 2 Экспериментальная часть 50
2.1 Объекты и методы исследования 50
2.2 Методика выполнения измерения массовой доли органических примесей в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях методом газовой хроматографии
2.3 Методика приготовления аттестованных смесей органических примесей этилового спирта и этанолсодержащих жидкостей
2.4 Обработка и интерпретация результатов измерений 67
2.5 Условия эксперимента 79
2.6 Государственные стандартные образцы для метрологического обеспечения газовых хроматографов
Глава 3 Идентификация и количественное определение микропримесей этилового спирта методом хромато-масс-спектрометрии
Выводы 125
Список литературы 127
Приложение 155
- Идентификация - её сущность и актуальность
- Обзор существующей нормативной базы в области идентификации этанолсодержащей продукции
- Методика выполнения измерения массовой доли органических примесей в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях методом газовой хроматографии
- Идентификация и количественное определение микропримесей этилового спирта методом хромато-масс-спектрометрии
Введение к работе
Актуальность проблемы. Федеральный Закон № 171-ФЗ от 22.11.1995 «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции» запрещает производство алкогольных напитков с использованием спирта, полученного из непищевого сырья. До середины 80-х годов у нас в стране существовал жесткий контроль в сфере производства и оборота алкогольной продукции. Однако в настоящее время для производства ликеро-водочной продукции в больших объемах нелегально применяют спирты, предназначенные для технических нужд, выработанные из непищевого сырья. В существующих отечественных нормативных документах отсутствуют современные методические приемы, позволяющие идентифицировать пищевые и синтетические спирты. Проведение государственной экспертизы, лицензирования и сертификации пищевого этанола, этилового спирта из непищевого сырья и спиртосодержащих растворов, а также государственный контроль за оборотом спиртосодержащей продукции невозможны без наличия методов оперативного контроля качества и подлинности продукции. При этом качество и токсичность этанола, способ его производства (брожение, гидролиз или гидратация этилена) и вид использованного сырья определяются составом примесей, их числом и количественным содержанием.
Учащение случаев отравления от употребления продукции, произведенной из непищевого этилового спирта, недостаточность достоверной экспериментально полученной информации о составе и количественном содержании примесей промышленного этанола, полученного различными способами и из различных видов сырья, несовершенство существующей нормативной и методической документации, представленной в действующих ГОСТах, многочисленные факты фальсификации спиртных напитков, снижение органолептических показателей отечественных ликеро-водочных изделий, увеличение объемов нелегального производства алкогольной продукции, снижение объемов производства национальной алкогольной отрасли делают чрезвычайно актуальной задачу разработки эффективных методов оперативного контроля примесей по. индивидуальным компонентам в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях с целью достоверного выявления фальсифицированной продукции, задачу формирования обоснованного перечня контролируемых примесей и значений их ПДК, а также создания идентификационных карт соответствия для оценки качества конечной продукции.
Данная работа выполнялась в соответствии с Программой реализации Закона Республики Башкортостан «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта и алкогольной продукции в Республике Башкортостан» от 21.10.1997 и Программой качества и безопасности потребительских товаров и услуг Республики Башкортостан на 2002-2005 годы.
Цель работы:
- разработать хромато-масс-спектрометрические, методы идентификации органических микропримесей в содержащей этиловый спирт продукции;
- адаптировать полученные результаты к более простым приемам и подходам идентификации микропримесей (газовая хроматография) и ввести в практику экспресс-методы оценки качества спиртосодержащего сырья и готовой водочной продукции;
- разработать и ввести в действие современные методы идентификации различных видов алкогольсодержащей продукции, которые позволят однозначно определить: пищевой или непищевой спирт использован при производстве спиртных напитков, и если пищевой - из какого сырья.
Научная новизна. При помощи метода хромато-масс-спектрометрии (ХМС) проведены комплексные исследования состава и количественного содержания микропримесей в этиловом спирте из различных видов растительного сырья и синтетического этанола. Впервые в изученных образцах идентифицировано присутствие 255 соединений (112 - впервые), из них 172 вещества обнаружено в этаноле из пищевого сырья и 112 - в техническом спирте. В пищевых спиртах 143 соединения идентифицировано в составе зернового этанола, 96 - в виноградном. Из 112 соединений технического спирта 99 идентифицировано в составе синтетического этанола.
Среди идентифицированных примесей наряду с альдегидами, высшими спиртами (компонентами сивушного масла), органическими кислотами и эфирами присутствуют кетоны, полифункциональные кислородсодержащие соединения, представители нескольких классов углеводородов, азот-, серу-, хлорсодержащих и других соединений, количественное содержание которых сегодняшними нормативными документами не регламентируется. Были определены качественные групповые метки, принадлежащие зерновым, виноградным, синтетическим, гидролизным спиртам, спиртам природного и искусственного происхождения. Установлено, что алкилпиразины наиболее перспективно использовать в качестве маркеров подлинности зернового этилового спирта, пропеналь (акролеин) - для синтетического спирта. Использование метода ХМС в режиме селективного ионного детектирования без предварительной пробоподготовки позволило установить природу спирта в водках независимо от способа очистки этанола. В процессе разработки методов идентификации и их метрологического обеспечения с помощью аттестованных смесей, типовых растворов и стандартных образцов состава было установлено, что действующие стандартизованные (по ГОСТам) методы испытаний (фотоэлектроколориметрический и газохроматографический) и перечень нормируемых в российских стандартах компонент не позволяют в достаточной степени оценить качество и тем более подлинность алкогольного изделия. В результате выполненного исследования разработан метод идентификации и определения количественного содержания микропримесей в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях с помощью многомерной капиллярной газовой хроматографии.
Практическая значимость работы. В рамках данной диссертационной работы впервые разработаны ХМС-методики идентификации и количественного определения содержания микропримесей в этиловом спирте и этанол-содержащих жидкостях, которые адаптированы к хроматографическим методам на нескольких хроматографических колонках и детекторах. Разработанные хроматографические методы идентификации и количественного определения микропримесей в этаноле и алкогольсодержащей продукции внедрены на всех предприятиях ГУП «Башспирт». Данные по составу и содержанию примесей этанола имеют важное значение для оптимизации технологического режима процессов производства этилового спирта, создают перспективы дальнейшего повышения качества спиртных напитков и улучшения их органолептических показателей, позволяют более систематизировано проводить исследования, направленные на установление корреляции между органолептическими и физико-химическими показателями этиловых спиртов. В частности данные, полученные на основе разработанной методики были использованы для оптимизации технологического режима и улучшения качества продукции на Стерлитамакском СВК «Сталк» при реконструкции технологии брагоректификации. Результаты проведенного исследования свидетельствуют, что для реального внедрения в практику разработанных в диссертации методов определения качества этилового спирта необходим новый пакет нормативных и методических документов, которые могут гарантировать всестороннее и исчерпывающее исследование качества и безопасности этилового спирта и этанолсодержащих жидкостей и выявление фальсифицированной продукции. На основании результатов исследования разработан проект национального стандарта «Спирт этиловый. Методы определения подлинности».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. В исследованных пробах этанола и этанолсодержащей продукции идентифицировано 255 индивидуальных соединений (112 - впервые) и определены границы их количественного содержания.
2. Определены качественные групповые метки, принадлежащие зерновым, виноградным, синтетическим, гидролизным спиртам, спиртам из свекольной мелассы, позволяющие однозначно идентифицировать происхождение этанола. Установлено, что маркерами подлинности зернового этилового спирта являются алкилпиразины, а синтетического - пропеналь.
3. Разработана методика прямого количественного определения и идентификации примесей в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международном конгрессе «Сертификационные испытания пищевой продукции - XXI век» (Екатеринбург, 2000 г.), II и III научно-практической конференции «Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции» (Пущино, 2000, 2001 гг.), V и VI Всероссийской научно- практической конференции «Метрологическое обеспечение сертификационных испытаний» (Екатеринбург, 2001, 2002 гг.), научно - практической конференции «Актуальные проблемы национальной безопасности государства, общества и личности в условиях переходной экономики» (Уфа, 2002 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей и 7 тезисов докладов.
Идентификация - её сущность и актуальность
Под идентификацией понимается деятельность по отождествлению, установлению соответствия исследуемого объекта с другим объектом, группой, образцом, описанием по совокупности общих и частных признаков путем сравнительного их исследования [1,2].
В основополагающем документе в области работ по идентификации продукции ГОСТ Р 51293-99 «Идентификация, продукции. Общие положения», принятом в июле 1999 г. Госстандартом России термин «идентификация продукции» определяется как «установление соответствия конкретной продукции образцу и (или) ее описанию». Стандарт «распространяется на продукцию, производимую и реализуемую на территории Российской Федерации, экспортируемую продукцию, а также на продукцию импортного производства, поставляемую для реализации в Российской Федерации ... устанавливает общие положение по проведению работ и оформлению результатов идентификации продукции». Важно, в том числе и для нашего исследования, что вышеупомянутый стандарт допускает разработку в дополнение к нему нормативных документов, «устанавливающих процедуры идентификации для конкретных ... групп однородной продукции» [3]. К таким документам относятся: Правила проведения сертификации пищевых продуктов и продовольственного сырья [42], введенные в действие с 1 июля 1999 г., в которые включены показатели идентификации пищевых продуктов почти всех однородных групп продукции (кроме вин, коньяков, ликеро-водочной продукции, напитков и спирта этилового питьевого); группа стандартов ГОСТ Р 51427-99 - ГОСТ Р 51443-99, гармонизированных со стандартами EN, в которых определяются методы проведения идентификации соков; ГОСТ Р 51698-2000 «Водка и спирт этиловый. Газохроматографический экспресс-метод определения содержания токсичных микропримесей» [23].
В последние годы проблемы, связанные с идентификацией продукции приобрели такие масштабы, когда ситуацию в данной области можно назвать поистине критической. Одна из негативных сторон и негативных причин того изобилия товаров отечественного и импортного производства, которое мы наблюдаем сегодня на российском рынке, на прилавках наших магазинов -это резко возросшее количество фальсифицированной продукции (по некоторым группам однородной продукции - до 60-80%) [43-45].
Под фальсификацией понимается как прямая подделка товаров (например, под товарные марки известных фирм), так и сокрытие изготовителем некоторых неблагоприятных сведений о продукте или указание в рекламных целях признаков продукта, не присущих ему [4]. В результате обращения на рынке, а также ввоза в страну фальсификатов товаров несут убыток и ведущие производители -владельцы торговых знаков (часть объема продаж перехватывают производители фальсифицированных товаров), и государство (например, при недостоверном декларировании ввозимых товаров, приводящем к уменьшению таможенных платежей), и потребители фальсифицированной продукции (по мнению специалистов и рост заболеваний, и высокая смертность в стране во многом связаны с употреблением россиянами не прошедших сертификацию, контрафактных, недоброкачественных продуктов питания, по данным различных исследований отравления алкогольными продуктами составляют 1.5 - 3 % общей смертности в стране или 40 - 70 тыс. человек ежегодно, в последние годы наблюдается постоянный рост уровня заболеваемости острыми кишечными инфекциями) [10-13].
Данная ситуация вызывает постоянное пристальное внимание со стороны правительственных и контролирующих органов, побуждая их к поиску все новых и новых способов борьбы с фальсификацией. Будучи серьезно озабоченным состоянием здоровья и благосостояния нации, вопросами национальной безопасности, правительство прилагает немало усилий по формированию и реализации государственной политики в сфере защиты потребительского рынка, в том числе в области повышения безопасности и качества пищевых продуктов. В последнее время делаются шаги по созданию современной законодательной базы, которая должна позволить вести эффективную борьбу с фальсификацией; как на федеральном, так и на региональном уровнях разрабатываются и принимаются государственные программы по защите потребителей от некачественной и фальсифицированной продукции [6 - 9]. Контролирующие органы не прекращают постоянную работу по выявлению фальсифицированной продукции на потребительском рынке. Ведется большая работа по пересмотру государственных стандартов и созданию технических регламентов, регулирующих сферу качества и безопасности продукции [6 - 9,14, 15].
О серьезности проблем, связанных с фальсификацией и идентификацией продукции говорит и неубывающее последние 7-8 лет количество критических публикаций на эту тематику в научно-практических изданиях и других средствах массовой информации. И хотя они касаются различных групп однородной продукции, проблемы и недостатки описываются одного рода.
Анализ существующей отечественной нормативно-методической базы в области идентификации различных видов продукции показывает, что достаточно хорошо обеспечены на настоящий момент нормативными документами, пригодными для целей идентификации, продукты переработки плодов и овощей (плодовые и овощные соки) [4, 49] и частично - мясо и мясные продукты, растительные масла и маргариновая продукция [42, 48, 51]. Остается только поддерживать актуальность данной нормативно-методической базы. Для остальных групп продукции требуется проведение серьезной работы по созданию подобной нормативной базы.
Фактически, в процедуре идентификации товара можно выделить два аспекта, два этапа. Первый - это определение собственно природы товара (в случае пищевой продукции: сок это или ароматизированный напиток, коньяк или водно-спиртовый раствор с добавками, сливочное масло или маргариновая продукция, природная минеральная вода или искусственно минерализованный аналог). И только после прохождения данного этапа идентификации следует переходить к следующему - это испытание качества продукции, которое, согласно действующим стандартам, определяют по следующим показателям: органолептическим, физико-химическим, безопасности. На этом, втором этапе, можно получить ответ на вопрос, удовлетворяет ли испытуемая продукция требованиям по показателям качества и безопасности, соответствует ли она заявленным показателям. Следует отметить, что в общем случае, отрицательные результаты, полученные при прохождении первого этапа идентификации, делают ненужными дальнейшие действия по оценке безопасности и качества. Действительно, нет нужды проверять безопасность и качество «сливочного масла», если в действительности это маргарин. «Такое подтверждение обязательных требований фальсифицированной продукции лишь может помочь недобросовестному изготовителю и/или продавцу ввести в заблуждение потребителя» [43, с.4].
Очевидно, что во многих областях сформировались серьезные, научно обоснованные подходы к решению проблем идентификации, которые можно и нужно использовать в области идентификации пищевой продукции, касается ли это выбора способа, метода, оборудования и методики идентификации или же определения перечня исследуемых параметров и характеристик объекта, необходимых и достаточных для его идентификации. Избыточность определяемых параметров влечет за собой неоправданные затраты средств при идентификации, в то время как их недостаточность может служить причиной ошибок при идентификации и потенциально несет угрозу потребителю (отравление, несоответствие заявленным свойствам и, соответственно, цене). Необходима разработка экономичных по затратам и времени, но в то же время точных экспресс-методов идентификации отдельных видов продукции. Ведь ценой ошибки (так же, например, как и в криминалистике) может оказаться человеческая жизнь. Поэтому здесь, так же как и в криминалистике, требуется как строго научный подход к решению проблем, так и законодательная база (определяющая порядок доступа продукции на рынок) и работающие механизмы реализации законов.
Обзор существующей нормативной базы в области идентификации этанолсодержащей продукции
В России сегодня действует несколько десятков государственных стандартов, определяющих перечень контролируемых показателей и методы их определения для этилового спирта из различных видов сырья и продуктов на его основе [23-33, 104-123]. Анализ существующей нормативной базы в области идентификации спиртосодержащей продукции показывает, что для определения количественного содержания примесей в этиловом спирте и спиртосодержащей продукции в действующих нормативных документах предусмотрено использование методов титрования, фотоколориметрии, хроматографических методов, метода инверсионной вольт-амперометрии [23, 25, 26, 28-31, 104, 107, 108,110-111,120-123].
Фотоколориметрический является относительно простым методом анализа, используемым для определения в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях массовых концентраций альдегидов, сложных эфиров, сивушного масла и объемной доли метилового спирта [31]. Метод основан на фотоколориметрическом изменении интенсивности окрасок растворов, происходящей в результате реакции вышеуказанных примесей со специфическими реактивами. Хотя простота и дешевизна фотоколориметрического метода делают его доступным и привлекательным для большинства аналитических и испытательных лабораторий, недостаточная чувствительность и низкая селективность делают невозможным его применение для целей определения происхождения этилового спирта (пищевой, непищевой) [9 - с. 178; 35 -38; 65]. Фотоколориметрический метод не позволяет проводить детальный компонентный анализ с целью определения микропримесей (следов технических . растворителей или денатурирующих добавок) в фальсифицированной спирто-водочной продукции [35]. Кроме того, результаты сравнительного анализа проб спиртов и водок методами ГЖХ, ХМС и фотоколориметрическим методом показывают, что результаты, получаемые фотоколориметрическим методом недостаточно надежны [9; 35-38], определение фотоколориметрическим методом может приводить как к завышенным, так и заниженным результатам, особенно по альдегидам и сивушному маслу. К завышенным результатам приводит и определение свободных кислот и эфиров фотоколориметрическим методом, реально их содержание в ректификованном спирте и водках очень мало и превышение установленных нормативов маловероятно [9, с. 178]. Использующиеся при производстве водок и водок особых разнообразные рецептурные добавки при анализе продукции фотоколориметрическим методом могут давать также цветную реакцию, аналогичную контролируемым микропримесям. В то же время часто встречающиеся примеси нормального и изопропилового спиртов фотоколориметрическим методом не определяются. Т.о., даже в самом благоприятном случае количественные оценки содержания микропримесей, полученные фотоколориметрическим методом, весьма приблизительны. Как следствие - стандарты на методы испытаний алкогольной продукции фотоколориметрическим методом не гарантируют! достоверного выявления фальсифицированной продукции. Вышеуказанные недостатки делали очевидным необходимость перехода на более точные, достоверные и надежные инструментальные методы определения примесей в этиловом спирте и спирто-водочной продукции, что и было предусмотрено новым пакетом стандартов, введенных в действие в 1997-2003 гг. [23-26, 28-30, 104, ПО, 111, 120-122].
Первый шаг по включению газохроматографического метода в государственные стандарты на алкогольную продукцию был сделан с выходом ГОСТ 30536-97 «Водка и спирт этиловый. Газохроматографический метод определения содержания токсичных микропримесей» [104]. Данный стандарт предусматривал определение в водке и спирте этиловом альдегидов, сивушных масел (1-пропанол, 2-пропанол, спирт изобутиловый, 1-бутанол, спирт изоамиловый), сложных эфиров, метилового спирта и был рассчитан на диапазон измеряемых объемных долей от 0.0001 до 0.1 %, массовых концентраций - от 0.5 до 1000 мг/дм . Однако, несмотря на использование в новом стандарте ГХ метода, он, также как и старые ГОСТы, не позволял достоверно и надежно определить фальсифицированную спирто-водочную продукцию и вид этилового спирта (пищевой, гидролизный, синтетический). Причина этого - разработчики оставили практически без изменений перечень нормируемых примесей этилового спирта и допустимые пределы их количественного содержания. В итоге - неэффективное использование потенциальной мощи ГХ-метода. К тому же стандарт [104] предусматривает при проведении газохроматографического определения содержания токсичных примесей применение хроматографической колонки только одного типа. В результате - получаемая информация может быть недостаточно достоверной и корректной, возможны ошибки определения когда времена удерживания идентифицируемых примесных соединений близки, т.е. данный стандарт позволял, к сожалению, лишь с определенной долей вероятности идентифицировать примесные соединения [65, 208, 231]. Еще один серьезный недостаток - в [104] отсутствовало метрологическое обеспечение методики выполнения измерений. Данное упущение было устранено в ГОСТ Р 51698-2000 «Водка и спирт этиловый. Газохроматографический экспресс-метод определения содержания токсичных микропримесей» [23], заменившем [104]. Хотя, как указано в [16], в разделе, содержащем метрологическое обеспечение методики выполнения измерений в стандарте [23] допущены технические ошибки.
Методика выполнения измерения массовой доли органических примесей в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях методом газовой хроматографии
При изучении состава примесей в качестве базовой использовалась система хроматограф-масс-спектрометр-ЭВМ, состоящая из газового хроматографа HP 5890А с масс-селективным детектором HP 5972А и системы обработки данных HP ChemStation, содержащей библиотеку 138 тысяч масс-спектров индивидуальных соединений. В ряде случаев использовались хромато-масс-спектрометр HP 5989А и газовый хроматограф с пламенно-ионизационным детектором HP 6890А. Для получения максимально достоверной и корректной информации о примесях спирта этилового анализ компонентов проводили как минимум на двух капиллярных кварцевых колонках различной полярности из числа НР-1, НР-5, Carbowax 20М, FFAP, INNOWax, Ultra-2. Масс-спектры хроматографических пиков получали при энергии электронов 70 эВ, сканирование масс-спектров от 29 до 300 дальтонов проводили со скоростью 1 спектр/сек. Идентификация хроматографических пиков включала анализ с использованием библиотечного поиска масс-спектров (индекс сходства с табличными спектрами превышал 80%), построение селективных ионных масс-хроматограмм по отдельным ионам, характеристичным для определяемых примесей, интерпретацию масс-спектров на основе закономерностей фрагментации молекулярных ионов представителей различных классов органических соединений с учетом спектро-структурных корреляций.
Настоящая методика предназначена для выполнения измерения массовой доли органических примесей (эфиры, альдегиды, метанол, высшие спирты, уксусная кислота) в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях методом газовой хроматографии. Метод основан на прямом газохроматографическом определении органических примесей в этиловом спирте и этанолсодержащих жидкостях на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором на капиллярной колонке, обеспечивающей разделение всех ингредиентов. Количественное определение проводят методом сравнения хроматограмм анализируемого образца и аттестованных смесей. За параметр хроматографического пика принимают площадь. Капиллярную колонку помещают в термостат хроматографа, устанавливают расход гелия через колонку 2-3 см3/мин и продувают колонку при комнатной температуре в течение 15-20 мин для удаления воздуха. Затем со скоростью 10-15 град/мин поднимают температуру до 235С и продувают колонку до тех пор, пока нулевая линия не станет стабильной при максимальной чувствительности. В случае если колонка не используется сразу же после кондиционирования, ее удаляют из термостата и заглушают во избежании попадания влаги и воздуха. Эффективность колонки (число теоретических тарелок и число эффективных теоретических тарелок) определяют по метиловому эфиру ундекановой кислоты (МЭУК) в изотермических условиях при температуре 130С. Число теоретических тарелок (NT) рассчитывают по формуле. Коэффициент асимметрии пика определяют отношением ширины тыла к ширине фронта, измеренных на середине высоты пика. Коэффициенты асимметрии пиков органических примесей этилового спирта на капиллярной колонке с HP-INNOWax приведены в таблице 2.2. Основной раствор (ОР), содержащий 1.0% по объему метанол и 0.1% по объему остальные вещества в этиловом спирте, готовят из веществ с чистотой по п. 2.2.5.6-2.2.5.22. Раствор уксусного альдегида в виду его высокой летучести готовят отдельно. В мерную колбу вместимостью 100 см, заполненную наполовину этиловым спиртом, вносят пипеткой 1 см3 метанола и по 0.1 см3 остальных веществ, доводят этиловым спиртом до метки и тщательно перемешивают.
Погрешность приготовления основного раствора не превышает 2 % отн. Раствор хранят в колбе с пришлифованной пробкой. Раствор ОР (без уксусного альдегида) устойчив в течение 14 дней при хранении в холодильнике. Раствор уксусного альдегида устойчив в течение 1 часа, в запаянной ампуле - 6 месяцев. Рабочий раствор (РР) с концентрацией по объему 0.1% метанола и 0.01% остальных веществ готовят из раствора ОР, полученного по п.2.2.7.6.1. Раствор уксусного альдегида готовят отдельно из раствора ОР уксусного альдегида. Погрешность приготовления раствора РР не превышает 2 %.
Раствор РР (без уксусного альдегида) устойчив в течение 7-ми дней при хранении в колбе с пришлифованной пробкой в холодильнике. Раствор РР уксусного альдегида используют сразу после приготовления.
Аттестованные смеси (АС) с концентрацией по объему 0.01-0.001% метанола и 0.001-0.0001% остальных веществ готовят соответствующим разбавлением раствора РР этиловым спиртом в мерных колбах согласно таблицы 2.3. Аттестованные смеси уксусного альдегида готовят отдельно. Аттестованные смеси аттестуют по процедуре приготовления и используют свежеприготовленными.
Идентификация и количественное определение микропримесей этилового спирта методом хромато-масс-спектрометрии
В журнале «Партнеры и конкуренты» [239] прозвучал вопрос о возможности определения токсичных микропримесей в фальсифицированной (выработанной из непищевого сырья) водке. Заметим, что вопрос сформулирован некорректно, так как токсичные микропримеси и примеси вообще можно определить в любом анализируемом объекте, тем более в фальсифицированной водке. На этот вопрос в журнале приведен ответ Г.И. Кирьянова, руководителя ИЛЦ СЦ «Продэкс»: «На современном отечественном оборудовании, например, газовом хроматографе «Кристалл 2000М», можно уверенно определять все токсичные микропримеси в водке в соответствии с новым ГОСТом 30536-97. Оценить происхождение спирта (синтетический или из пищевого сырья) возможно уверенно, по-видимому, только с использованием метода ЯМР - спектрометрии».
В ответе заслуживают уточнения три момента. Во-первых, на отечественном хроматографе «Кристалл 2000М» (подчеркнем - с американской кварцевой капиллярной колонкой фирмы Agilent Technologies) уверенно можно определять примеси при их концентрации в анализируемой пробе начиная с нескольких десятых мг/дм. Во-вторых, что значит определять все токсичные микропримеси? Данный метод позволяет анализировать микропримеси согласно ГОСТ 30536-97 в определенном интервале концентраций и никак не предназначен для определения количественного содержания и, тем более, идентификации других соединений, которые могут быть как безопасными, так и токсичными. В-третьих, нисколько не умаляя и не принижая возможности спектроскопии ЯМР при идентификации происхождения (конкретно из какого вида сырья произведен) спирта этилового, следует признать большие перспективы изотопной масс-спектрометрии, хромато-масс-спектрометрии, масс-спектрометрии с индуцированно-связанной плазмой, целого ряда оптических методов, и вообще любого, физического или физико-химического метода исследования, с помощью которого можно получить характеристический спектр исследуемой пробы.
Как было выявлено в литературном обзоре, одним из самых перспективных дифференциальных методов анализа для идентификации происхождения спирта этилового является хромато-масс-спектрометрия. В приложении 1 приведена таблица с результатами определения состава примесей, идентифицированных в синтетическом этаноле и образцах спирта этилового, приготовленного из винограда, кукурузы, мелассы, пшеницы, ржи, тритикале (гибрид пшеницы и ржи), свеклосахарной патоки промышленными предприятиями Республики Башкортостан, Курской, Оренбургской, Самарской, Свердловской областей, Краснодарского края Российской Федерации и Брестской, Минской, Могилевской областей Белоруссии. С целью повышения достоверности идентификации индивидуальных соединений, присутствующих в образцах этанола в микроколичествах, исследовали не только спирты-ректификаты различной квалификации, но и пробы спиртов-сырцов.
Идентификация хроматографических пиков включала анализ с использованием библиотечного поиска масс-спектров, построение селективных ионных масс-хроматограмм по отдельным ионам, характеристичным для определяемых примесей, интерпретацию масс-спектров на основе закономерностей фрагментации молекулярных ионов представителей различных классов органических соединений с учетом спектро-структурных корреляций.
Дальнейший анализ относительной интенсивности диагностических ионов с использованием концепции перегруппировки Мак-Лафферти, зависимости времени выхода из хроматографической колонки от размера разветвления углеродной цепи позволяет выяснить особенности изомерного строения данных соединений и местоположение двойной связи и идентифицировать данные соединения как 2-метил-2-пентеналь, 2-этил-2-бутеналь, 2-гексеналь. Данные соединения были обнаружены нами только в образцах синтетического этилового спирта с максимально обнаруженной концентрацией в 4-5 мг/дм . На рисунке 3.1 показана схема фрагментации 2-гексеналя, приводящая к образованию диагностических ионов.
Два соединения, показанные на рисунке 3.2 (30, 31) также имеют брутто-формулу СбНюО, но в данном случае мы имеем дело с циклическими кетонами. Об этом свидетельствует высокая интенсивность пиков молекулярного иона (наличие карбонильной группы в цикле стабилизирует молекулярный ион) в сочетании с отсутствием фрагмента, соответствующего потере атома Н (следовательно, это не альдегиды). Также для класса циклических кетонов диагностическими являются ионы, соответствующие выбросу СО (М-СО)+ - m/z 70 (для 30 - 29%, 31 - 6%) и образование фрагмента СзН6Ч+ - m/z 42 (для 30 - 100%, 31 - 91%). Справочные данные позволяют однозначно установить размер цикла. Известно, что диагностическим для циклогексанонов является наличие основного иона с m/z 55 (100%). Следовательно, спектры 30, 31 принадлежат метилциклопентанонам (циклобутаноны распадаются пополам). Местоположение метильного радикала определяется также анализом относительных интенсивностей диагностических ионов. Так, в случае 3 метилциклопентанона (31), 3-СНз заместитель приводит к увеличению вклада разрыва связи С(1)-С(5) по сравнению с С(1)-С(2), поскольку в результате распада образуется более термодинамически стабильный ион m/z 69 (для 30 - 48%, 31 - 100%) с внутренней кратной связью (рисунок 3.3). 2-СН3 заместитель облегчает разрыв связи С(1)-С(2) (более замещенная по сравнению с С(1)-С(5), поэтому интенсивность молекулярного иона (М+) понижается и облегчается процесс выброса СО). Максимально обнаруженные концентрации данных соединений в образцах исследованных спиртов - 3-5 мг/дм .
