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燃燒模塊 - 光腔衰蕩光譜分析儀

 

摘要

椰子汁的生產、銷售和分銷是一個價值數萬億美元的全球產業(yè)，其中飲料產品就涉及三十余家不同的公司。鑒于人們對純正“有機”產品的偏好和消費有所增加，椰子汁行業(yè)在如何確保產品純度和維護客戶信心方面面臨著挑戰(zhàn)。為迎接這一挑戰(zhàn)，我們需要嚴格管控產品供應鏈質量，嚴格認證椰子汁飲料品級并確保符合海關規(guī)章。在此過程中重要的是要對產品的真實性進行評估，即具備對“純正”不加糖產品和加糖“摻假”產品的絕對辨別能力。在本文中，我們介紹了 Picarro 燃燒模塊 - 光腔衰蕩光譜 (CM-CRDS) 分析儀的應用。該應用是一種低成本、易用、精準、能夠根據椰子汁中的碳同位素 (δ13C) 成分來辨別是否添加碳4-糖（摻假成分）的解決方案。這種分析儀使用簡易，能夠替代同位素比質譜儀 (IRMS)，顯著降低購置和使用成本，而且能保持精度不變。CM-CRDS 分析儀安裝簡易、操作方便，無需對樣品進行預處理。這一應用表明，Picarro CM-CRDS 是用于食品和飲料摻假市場的強大分析儀器 ，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‰) 和準確度。

 

CRDS 和 IRMS 分析比較結果，實現椰子汁防偽認證

有機物質來源辨別能力源自構成該物質元素的同位素相對豐度。同位素比值的測量可以用來區(qū)分兩個化學組成相同的樣品。在過去十年間，有機食品和飲料成分的防偽認證成為一項日趨突出的應用。
　　專用的同位素比質譜儀 (IRMS)，用于測量特定樣品中同位素相對豐度；光腔衰蕩光譜 (CRDS) 技術是激光吸收光譜法的一種。許多文獻期刊已經證實，CRDS 在一系列自然科學應用與用于同位素分析的 IRMS 同樣精準。本應用文章將 CRDS 與 IRMS 進行了比較，以便實現有機飲料的防偽認證，特別是檢測所謂“純正”椰子汁中的摻假成分 - 糖。

 

 

鑒于人們對“有機”產品的偏好和消費有所增加，椰子汁行業(yè)在如何確保產品純度和維護客戶信心方面面臨著挑戰(zhàn)。

 

經證明，元素分析儀 - 同位素比質譜儀 (EA-IRMS)(樣品在質譜儀中燃燒) 在檢測椰子汁摻假成分應用是精準的。對于相同應用，燃燒模塊 - 光腔衰蕩光譜分析儀 (CM-CRDS) 不但具有堪比 EA-IRMS 的測量精準度，且還具有以下優(yōu)勢：
• 顯著降低購置成本；
• 操作更簡便，無需開展深入的專業(yè)培訓；
• 校準頻率和維護成本更低；
• 降低有效運作所需耗材的成本；
• 自動化程度更高，測樣量更大。
　　總體來說，與 EA-IRMS 相比，CM-CRDS 特性與功能可以轉化為高達 50% 的年度成本節(jié)約額，包括儀器折舊、人工成本和耗材等。

 

總體來說，與 EA-IRMS 相比，CM-CRDS 特性與功能可以轉化為 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。每個樣品測量需要 5 微升 (µl) 的椰子汁，無需執(zhí)行任何復雜的樣品制備步驟，只需 16 分鐘即可完成每個樣品的測試。該系統(tǒng)實現自動化運行，一次可處理 50 至 147 個樣品，并且只需供應加壓的超高純度 (UHP) N2 和 O2。Picarro CRDS 分析儀報告樣品燃燒所產生的 CO2 的 δ13C 成分。

 

椰子汁樣品測試方法

 

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• 運用一級和二級同位素燃燒標準物對分析儀進行校準。

• 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采樣器中。自動采樣器的默認容量為 50 個樣品，可升級至 147 個。

• 當進行測量時，樣品會自動落入燃燒模塊內的預填充反應器中并燃燒。供應純氧并進行相應調節(jié)以促使樣品燃燒*釋放出 CO2。

• 氣體會從反應器傳送至分析儀，并通過濾水器。

• Picarro CRDS 是一種連續(xù)流分析系統(tǒng)，可實時測量是否存在 CO2 信號。

• 在對完整的氣體進行分析后，系統(tǒng)就會計算樣品相對于 VPDB 國際標準的 δ13C 碳同位素比值 (‰)。

• 建議制備三個樣品，然后將所測值平均，以獲得符合統(tǒng)計要求的標準測量值和樣品測量值。

 

 

果糖摻假研究　　

 

這項研究分析了生產商所提供的商品椰子汁樣品，以驗證 Picarro CM-CRDS 線性、再現性和準確性。使用一級和二級標準物對分析儀進行校準，并與無摻雜椰子汁和碳4-糖的 δ13C 值做參照，可繪制線性混合圖 (圖1)。在 4 至100% 的摻假率范圍內，數據線性擬合 R2 值為 0.999。分析另一款已知摻糖的商品椰子汁樣品，證實了約占其總糖含量 40% 的成分為添加的果糖。將使用 CRDS 測得的兩種椰子汁 (純正和摻假) 的δ13C 數據與椰子汁生產商所提供的獨立 IRMS 數據報告進行比較，發(fā)現它們在 ±0.1‰ 誤差范圍內是相同的(表1)，而從三次樣品測量中獲得的單個測量值的精度為 ±0.3‰。

 

運用 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是摻假樣品。

       添加果糖的比率

將純正椰子汁樣品 (綠點) 與大量果糖 (紅點) 混合，并測量已知摻假的商業(yè)品牌椰子汁 (藍點)。摻假樣品的總糖含量大約有 40% 來自果糖。

 

 

結論　　

該研究表明，Picarro CM-CRDS 可在大范圍的椰子汁摻假比率 (4 至 100%) 內進行準確的同位素測量，是一款高性能的分析儀。它具有優(yōu)異的精度、線性和最小漂移等特性，無需對最終數據集進行任何的后期校正。對商業(yè)椰子汁生產商所提供的樣品進行比較得出，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 的結果相近，但后者價格更昂貴、操作更困難且更耗時。
　　該分析方法并未涉及復雜的樣品制備步驟。可在幾分鐘內制備多個樣品。準備就緒后，自動化系統(tǒng)會連續(xù)進行測量直至完成檢測，而無需實施額外的人工干預。大多數天然飲料 (例如蘋果、橙子和檸檬) 行業(yè)都可采用類似的分析方法。在這些行業(yè)內，稀釋或添加糖分以及混如其它成分的行為都會動搖消費者信心，傷害品牌口碑，并有損產品及公司的財務表現。