燃燒模塊 - 光腔衰蕩光譜分析儀
摘要
椰子汁的生產(chǎn)、銷(xiāo)售和分銷(xiāo)是一個(gè)價(jià)值數(shù)萬(wàn)億美元的全球產(chǎn)業(yè)，其中飲料產(chǎn)品就涉及三十余家不同的公司。鑒于人們對(duì)純正“有機(jī)”產(chǎn)品的偏好和消費(fèi)有所增加，椰子汁行業(yè)在如何確保產(chǎn)品純度和維護(hù)客戶(hù)信心方面面臨著挑戰(zhàn)。為迎接這一挑戰(zhàn)，我們需要嚴(yán)格管控產(chǎn)品供應(yīng)鏈質(zhì)量，嚴(yán)格認(rèn)證椰子汁飲料品級(jí)并確保符合海關(guān)規(guī)章。在此過(guò)程中重要的是要對(duì)產(chǎn)品的真實(shí)性進(jìn)行評(píng)估，即具備對(duì)“純正”不加糖產(chǎn)品和加糖“摻假”產(chǎn)品的絕對(duì)辨別能力。在本文中，我們介紹了 Picarro 燃燒模塊 - 光腔衰蕩光譜 (CM-CRDS) 分析儀的應(yīng)用。該應(yīng)用是一種低成本、易用、精準(zhǔn)、能夠根據(jù)椰子汁中的碳同位素 (δ13C) 成分來(lái)辨別是否添加碳4-糖（摻假成分）的解決方案。這種分析儀使用簡(jiǎn)易，能夠替代同位素比質(zhì)譜儀 (IRMS)，顯著降低購(gòu)置和使用成本，而且能保持精度不變。CM-CRDS 分析儀安裝簡(jiǎn)易、操作方便，無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。這一應(yīng)用表明，Picarro CM-CRDS 是用于食品和飲料摻假市場(chǎng)的強(qiáng)大分析儀器 ，可以輕松辨別摻假率(添加碳4-糖)低至約 5% 的椰子汁，具有優(yōu)良的精度 (±0.3‰) 和準(zhǔn)確度。CRDS 和 IRMS 分析比較結(jié)果，實(shí)現(xiàn)椰子汁防偽認(rèn)證
有機(jī)物質(zhì)來(lái)源辨別能力源自構(gòu)成該物質(zhì)元素的同位素相對(duì)豐度。同位素比值的測(cè)量可以用來(lái)區(qū)分兩個(gè)化學(xué)組成相同的樣品。在過(guò)去十年間，有機(jī)食品和飲料成分的防偽認(rèn)證成為一項(xiàng)日趨突出的應(yīng)用。
專(zhuān)用的同位素比質(zhì)譜儀 (IRMS)，用于測(cè)量特定樣品中同位素相對(duì)豐度；光腔衰蕩光譜 (CRDS) 技術(shù)是激光吸收光譜法的一種。許多文獻(xiàn)期刊已經(jīng)證實(shí)，CRDS 在一系列自然科學(xué)應(yīng)用與用于同位素分析的 IRMS 同樣精準(zhǔn)。本應(yīng)用文章將 CRDS 與 IRMS 進(jìn)行了比較，以便實(shí)現(xiàn)有機(jī)飲料的防偽認(rèn)證，特別是檢測(cè)所謂“純正”椰子汁中的摻假成分 - 糖。
鑒于人們對(duì)“有機(jī)”產(chǎn)品的偏好和消費(fèi)有所增加，椰子汁行業(yè)在如何確保產(chǎn)品純度和維護(hù)客戶(hù)信心方面面臨著挑戰(zhàn)。
經(jīng)證明，元素分析儀 - 同位素比質(zhì)譜儀 (EA-IRMS)(樣品在質(zhì)譜儀中燃燒) 在檢測(cè)椰子汁摻假成分應(yīng)用是精準(zhǔn)的。對(duì)于相同應(yīng)用，燃燒模塊 - 光腔衰蕩光譜分析儀 (CM-CRDS) 不但具有堪比 EA-IRMS 的測(cè)量精準(zhǔn)度，且還具有以下優(yōu)勢(shì)：
• 顯著降低購(gòu)置成本；
• 操作更簡(jiǎn)便，無(wú)需開(kāi)展深入的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)；
• 校準(zhǔn)頻率和維護(hù)成本更低；
• 降低有效運(yùn)作所需耗材的成本；
• 自動(dòng)化程度更高，測(cè)樣量更大。
總體來(lái)說(shuō)，與 EA-IRMS 相比，CM-CRDS 特性與功能可以轉(zhuǎn)化為高達(dá) 50% 的年度成本節(jié)約額，包括儀器折舊、人工成本和耗材等。總體來(lái)說(shuō)，與 EA-IRMS 相比，CM-CRDS 特性與功能可以轉(zhuǎn)化為 50% 或更高的年度成本節(jié)約額。
系統(tǒng)和方法
CM-CRDS 系統(tǒng)由 Picarro 光腔衰蕩光譜 (CRDS)分析儀和燃燒模塊 (CM) 組成。每個(gè)樣品測(cè)量需要 5 微升 (µl) 的椰子汁，無(wú)需執(zhí)行任何復(fù)雜的樣品制備步驟，只需 16 分鐘即可完成每個(gè)樣品的測(cè)試。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，一次可處理 50 至 147 個(gè)樣品，并且只需供應(yīng)加壓的超高純度 (UHP) N2 和 O2。Picarro CRDS 分析儀報(bào)告樣品燃燒所產(chǎn)生的 CO2 的 δ13C 成分。
椰子汁樣品測(cè)試方法
• 運(yùn)用一級(jí)和二級(jí)同位素燃燒標(biāo)準(zhǔn)物對(duì)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)。
• 使用移液管或注射器（不提供）提取 5 微升 (µl) 椰子汁，并放入錫膠囊（隨附）中。無(wú)需執(zhí)行其它樣品處理操作。
• 將膠囊置于與燃燒模塊相連的自動(dòng)采樣器中。自動(dòng)采樣器的默認(rèn)容量為 50 個(gè)樣品，可升級(jí)至 147 個(gè)。
• 當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，樣品會(huì)自動(dòng)落入燃燒模塊內(nèi)的預(yù)填充反應(yīng)器中并燃燒。供應(yīng)純氧并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)以促使樣品燃燒*釋放出 CO2。
• 氣體會(huì)從反應(yīng)器傳送至分析儀，并通過(guò)濾水器。
• Picarro CRDS 是一種連續(xù)流分析系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)測(cè)量是否存在 CO2 信號(hào)。
• 在對(duì)完整的氣體進(jìn)行分析后，系統(tǒng)就會(huì)計(jì)算樣品相對(duì)于 VPDB 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 δ13C 碳同位素比值 (‰)。
• 建議制備三個(gè)樣品，然后將所測(cè)值平均，以獲得符合統(tǒng)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值和樣品測(cè)量值。
果糖摻假研究
這項(xiàng)研究分析了生產(chǎn)商所提供的商品椰子汁樣品，以驗(yàn)證 Picarro CM-CRDS 線(xiàn)性、再現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。使用一級(jí)和二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物對(duì)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，并與無(wú)摻雜椰子汁和碳4-糖的 δ13C 值做參照，可繪制線(xiàn)性混合圖 (圖1)。在 4 至100% 的摻假率范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)線(xiàn)性擬合 R2 值為 0.999。分析另一款已知摻糖的商品椰子汁樣品，證實(shí)了約占其總糖含量 40% 的成分為添加的果糖。將使用 CRDS 測(cè)得的兩種椰子汁 (純正和摻假) 的δ13C 數(shù)據(jù)與椰子汁生產(chǎn)商所提供的獨(dú)立 IRMS 數(shù)據(jù)報(bào)告進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們?cè)?±0.1‰ 誤差范圍內(nèi)是相同的(表1)，而從三次樣品測(cè)量中獲得的單個(gè)測(cè)量值的精度為 ±0.3‰。
運(yùn)用 Picarro CM-CRDS 和混合圖，我們就能夠辨別摻糖椰子汁和不摻糖椰子汁，并非常確定地指出哪個(gè)是摻假樣品。
添加果糖的比率
將純正椰子汁樣品 (綠點(diǎn)) 與大量果糖 (紅點(diǎn)) 混合，并測(cè)量已知摻假的商業(yè)品牌椰子汁 (藍(lán)點(diǎn))。摻假樣品的總糖含量大約有 40% 來(lái)自果糖。
結(jié)論
該研究表明，Picarro CM-CRDS 可在大范圍的椰子汁摻假比率 (4 至 100%) 內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確的同位素測(cè)量，是一款高性能的分析儀。它具有優(yōu)異的精度、線(xiàn)性和最小漂移等特性，無(wú)需對(duì)最終數(shù)據(jù)集進(jìn)行任何的后期校正。對(duì)商業(yè)椰子汁生產(chǎn)商所提供的樣品進(jìn)行比較得出，純正椰子汁和摻假椰子汁的 δ13C 成分存在明顯差異，而且 CM-CRDS 與 IRMS 的結(jié)果相近，但后者價(jià)格更昂貴、操作更困難且更耗時(shí)。
該分析方法并未涉及復(fù)雜的樣品制備步驟。可在幾分鐘內(nèi)制備多個(gè)樣品。準(zhǔn)備就緒后，自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)連續(xù)進(jìn)行測(cè)量直至完成檢測(cè)，而無(wú)需實(shí)施額外的人工干預(yù)。大多數(shù)天然飲料 (例如蘋(píng)果、橙子和檸檬) 行業(yè)都可采用類(lèi)似的分析方法。在這些行業(yè)內(nèi)，稀釋或添加糖分以及混如其它成分的行為都會(huì)動(dòng)搖消費(fèi)者信心，傷害品牌口碑，并有損產(chǎn)品及公司的財(cái)務(wù)表現(xiàn)。
