论文部分内容阅读
摘要：我国当前食品级二氧化碳（CO2）的来源主要为化工产品副产的CO2气源，如石灰窑、酿酒厂、化肥厂的尾气、二氧化碳天然气、热电站、炼铁厂的烟道气等。我国各地有广泛分布的大、小化肥厂、酿酒厂、石灰窑，因此CO2气源非常丰富。由于各种CO2气源组分及含量不同，加工提纯的方法也有所不同，为降低成本，存在部分生产厂家生产、提纯工艺落后的现状。基于此，本文就针对食品级二氧化碳气体标准物质制备及检验技术展开分析与探讨。
关键词：食品级;二氧化碳气体;标准物质制备;检验技术
我国目前采用现有工艺生产的可乐、啤酒及其它碳酸饮料仅限在中国本土境内销售，不能走进国际市场。这就是说，我国现有CO2装置生产的食品级CO2只适用于生产低档饮料，这从另一方面制约了我国该领域工业的发展。因此，本文首先介绍食品级二氧化碳气体的标准物质，进一步探讨食品级二氧化碳气体标准物质的制备流程，最后分析食品级二氧化碳气体标准物质的检验技术。
1 食品级二氧化碳气体的标准物质
标准物质是具有准确量值的测量标准，它在化学测量、生物测量、工程测量与物理测量领域得到了广泛的应用一。按照“国际通用计量学基本术语”和“国际标准化组织指南”，标准物质有如下定义：标准物质，是具有一种或多种足够均匀和很好确定的特征值，用以校准设备，评价测量方法或给材料赋值的材料或物质。标准物质具有以下特点：（1）标准物质的量值只与物质的性质有关，与物质的数量和形状无关;（2）标准物质种类多，仅化学成分量标准物质就数以千计，其量限范围跨越12个数量级;（3）标准物质实用性强，可在实际工作条件下应用，既可用于校准检定测量仪器，评价测量方法的准确度，也可用于测量过程的质量评价以及实验室的计量认证与测量仲裁等;（4）标准物质具有良好的复现性，可批量制备并且在用完后再行复制。标准物质的级别主要是通过其特性量值准确度来划分的。
2 食品级二氧化碳气体标准物质的制备流程
标准气体制备流程见图一。
本文采用重量法制备标准气体。重量法制备混合气体，就是将原料气体（纯气或已知组成的混合气体）定量转移到制备气瓶中，来制备气体混合物。称量气瓶充入气体前后的质量差即为充入的气体量。若原料气体在常温下为液体则采用注射重量法。注射重量法是指通过注射器将欲配液体组分注入气瓶中，注入量可通过称量注射器注射前后的质量差得到。具体操作如下：将原料气瓶和经过预处理的制备气瓶同时接入配气装置，开泵，待配气装置管路真空度低至约2X104Pa时，打开制备气瓶瓶阀，观察真空度数值变化，若数值不再增大说明气瓶内真空度良好。此时关闭真空泵，打开原料气瓶，充入所需量的原料气体。充气时按照混合气中分压递增的顺序充入各组分，即先充入组分气体，再充入稀释气体C02。
3食品级二氧化碳气体标准物质的检验技术-O2/CO2分析方法
本实验选取的仪器为某气相色谱仪，脉冲放电式氦离子化检测器（PDHID）载气为高純氦气，1mL定量管。PDHID是一种通用型高灵敏度检测器，是分析永久性气体的最佳选择。仪器配置了两根色谱柱，硅胶柱作为预柱，5A分子筛柱为分离柱。5A分子筛主要用于分离永久性气体，对02能够很好的分离，但对C02具有不可逆的吸附作用。而硅胶柱为强极性色谱柱，可分离空气、CH4和C02，但02、N2、CO合为空气峰，无法分离。所以对于高纯C02中的微量氧，选用硅胶柱作为预柱，排空C02;分子筛柱作为分析柱分离氧及其它组分。根据标准谱图，各种物质在硅胶柱上的出峰顺序为H2、02、N2、CH4、CO、C02。同时，仪器中配置了一个四通阀和一个六通阀。六通阀用于进样，四通阀用于控制硅胶柱排空C02主体组分，所以四通阀的切换时间只和CH4， C02在硅胶柱中的保留时间有关。为了消除C02的干扰，通过设置阀切换时间提高来分离效率。在初始条件下，只配置一根硅胶柱，根据各组分的出峰顺序和保留时间，设置阀切换时间：初始状态下（即0min时）六通阀开、四通阀关，0.2min六通阀关，0.8min四通阀开。用PDHID分析02/ C02的最佳实验条件为：5A分子筛柱柱温：1200C，检测器温度：1200C，柱流速：60mL/min，样品流速：150mL/min。（由于柱流速为60mL/min，载气总流速选择范围小，所以载气总流速就不需要选择了。）实验中选用浓度在（10～30）X10-6mol/mol附近的标准气体进行方法精密度的实验，实验结果见表1。
从表中可知，采用本研究建立的气相色谱法和实验条件能够获得理想的实验结果，RSD<0.4%。使用2.017X10-6mol/mol02/CO2气体标准物质对该仪器检测能力和检测限进行了考察。经检测使用SYSTECHLRT-660气相色谱仪的检测限可达到测量10X10-9mol/mol02/CO2的能力。表2和表3分别是使用LRT-660对不同含量的02/C02组分气体在不同浓度范围内线性度的考察结果。
表202/CO2方法线性度实验结果
线性相关系数r=0.99997;线性方程y=0.00004817x+0.1713，线性误差≤1.2%，表明该仪器线性度良好。
表3O2/CO2方法线性度实验结果
线性相关系数r=0.99998;线性方程y=0.0006481x-1.537，线性误差≤0.5%表明该仪器线性度良好。
4结语
总而言之，食品级二氧化碳质量的优劣与人们的身体健康息息相关，所以严格控制二氧化碳产品中的杂质显得十分重要。我国食品级二氧化碳来源广泛，杂质含量和提纯水平参差不齐，直接影响了后续食品质量。所以研制食品级二氧化碳气体的标准物质，对严格把好我国食品添加剂二氧化碳质量关，统一全国检测标准具有尤为的重要意义。
参考文献：
[1]张瑞宇.二氧化碳在现代食品领域中的技术应用与进展低温[J].2013.
[2]李春瑛，张宝成我国食品添加剂液体二氧化碳标准气体的研究现状[J].2013.
（作者单位：哈尔滨黎明气体有限公司质检部）
关键词：食品级;二氧化碳气体;标准物质制备;检验技术
我国目前采用现有工艺生产的可乐、啤酒及其它碳酸饮料仅限在中国本土境内销售，不能走进国际市场。这就是说，我国现有CO2装置生产的食品级CO2只适用于生产低档饮料，这从另一方面制约了我国该领域工业的发展。因此，本文首先介绍食品级二氧化碳气体的标准物质，进一步探讨食品级二氧化碳气体标准物质的制备流程，最后分析食品级二氧化碳气体标准物质的检验技术。
1 食品级二氧化碳气体的标准物质
标准物质是具有准确量值的测量标准，它在化学测量、生物测量、工程测量与物理测量领域得到了广泛的应用一。按照“国际通用计量学基本术语”和“国际标准化组织指南”，标准物质有如下定义：标准物质，是具有一种或多种足够均匀和很好确定的特征值，用以校准设备，评价测量方法或给材料赋值的材料或物质。标准物质具有以下特点：（1）标准物质的量值只与物质的性质有关，与物质的数量和形状无关;（2）标准物质种类多，仅化学成分量标准物质就数以千计，其量限范围跨越12个数量级;（3）标准物质实用性强，可在实际工作条件下应用，既可用于校准检定测量仪器，评价测量方法的准确度，也可用于测量过程的质量评价以及实验室的计量认证与测量仲裁等;（4）标准物质具有良好的复现性，可批量制备并且在用完后再行复制。标准物质的级别主要是通过其特性量值准确度来划分的。
2 食品级二氧化碳气体标准物质的制备流程
标准气体制备流程见图一。
本文采用重量法制备标准气体。重量法制备混合气体，就是将原料气体（纯气或已知组成的混合气体）定量转移到制备气瓶中，来制备气体混合物。称量气瓶充入气体前后的质量差即为充入的气体量。若原料气体在常温下为液体则采用注射重量法。注射重量法是指通过注射器将欲配液体组分注入气瓶中，注入量可通过称量注射器注射前后的质量差得到。具体操作如下：将原料气瓶和经过预处理的制备气瓶同时接入配气装置，开泵，待配气装置管路真空度低至约2X104Pa时，打开制备气瓶瓶阀，观察真空度数值变化，若数值不再增大说明气瓶内真空度良好。此时关闭真空泵，打开原料气瓶，充入所需量的原料气体。充气时按照混合气中分压递增的顺序充入各组分，即先充入组分气体，再充入稀释气体C02。
3食品级二氧化碳气体标准物质的检验技术-O2/CO2分析方法
本实验选取的仪器为某气相色谱仪，脉冲放电式氦离子化检测器（PDHID）载气为高純氦气，1mL定量管。PDHID是一种通用型高灵敏度检测器，是分析永久性气体的最佳选择。仪器配置了两根色谱柱，硅胶柱作为预柱，5A分子筛柱为分离柱。5A分子筛主要用于分离永久性气体，对02能够很好的分离，但对C02具有不可逆的吸附作用。而硅胶柱为强极性色谱柱，可分离空气、CH4和C02，但02、N2、CO合为空气峰，无法分离。所以对于高纯C02中的微量氧，选用硅胶柱作为预柱，排空C02;分子筛柱作为分析柱分离氧及其它组分。根据标准谱图，各种物质在硅胶柱上的出峰顺序为H2、02、N2、CH4、CO、C02。同时，仪器中配置了一个四通阀和一个六通阀。六通阀用于进样，四通阀用于控制硅胶柱排空C02主体组分，所以四通阀的切换时间只和CH4， C02在硅胶柱中的保留时间有关。为了消除C02的干扰，通过设置阀切换时间提高来分离效率。在初始条件下，只配置一根硅胶柱，根据各组分的出峰顺序和保留时间，设置阀切换时间：初始状态下（即0min时）六通阀开、四通阀关，0.2min六通阀关，0.8min四通阀开。用PDHID分析02/ C02的最佳实验条件为：5A分子筛柱柱温：1200C，检测器温度：1200C，柱流速：60mL/min，样品流速：150mL/min。（由于柱流速为60mL/min，载气总流速选择范围小，所以载气总流速就不需要选择了。）实验中选用浓度在（10～30）X10-6mol/mol附近的标准气体进行方法精密度的实验，实验结果见表1。
从表中可知，采用本研究建立的气相色谱法和实验条件能够获得理想的实验结果，RSD<0.4%。使用2.017X10-6mol/mol02/CO2气体标准物质对该仪器检测能力和检测限进行了考察。经检测使用SYSTECHLRT-660气相色谱仪的检测限可达到测量10X10-9mol/mol02/CO2的能力。表2和表3分别是使用LRT-660对不同含量的02/C02组分气体在不同浓度范围内线性度的考察结果。
表202/CO2方法线性度实验结果
线性相关系数r=0.99997;线性方程y=0.00004817x+0.1713，线性误差≤1.2%，表明该仪器线性度良好。
表3O2/CO2方法线性度实验结果
线性相关系数r=0.99998;线性方程y=0.0006481x-1.537，线性误差≤0.5%表明该仪器线性度良好。
4结语
总而言之，食品级二氧化碳质量的优劣与人们的身体健康息息相关，所以严格控制二氧化碳产品中的杂质显得十分重要。我国食品级二氧化碳来源广泛，杂质含量和提纯水平参差不齐，直接影响了后续食品质量。所以研制食品级二氧化碳气体的标准物质，对严格把好我国食品添加剂二氧化碳质量关，统一全国检测标准具有尤为的重要意义。
参考文献：
[1]张瑞宇.二氧化碳在现代食品领域中的技术应用与进展低温[J].2013.
[2]李春瑛，张宝成我国食品添加剂液体二氧化碳标准气体的研究现状[J].2013.
（作者单位：哈尔滨黎明气体有限公司质检部）