一种测定C-14含量确定香精生物基含量的方法与流程

一种测定c-14含量确定香精生物基含量的方法
技术领域
1.本发明涉及香精产品的检测分析技术领域，具体涉及的是一种测定c-14含量确定香精生物基含量的方法。


背景技术：

2.当前香精产品种类繁多，香精可以从生物中提取获得也可以通过化学合成得到。在实际应用中人们更喜爱天然的香精，天然香精价格往往高于化学合成香精，很有必要建立鉴别香精天然度的方法。
3.大气层和生物圈中c-14和c-12的比值几乎保持不变。动植物在生命周期中不断从周围环境中吸收同位素比稳定的碳，通过生命活动更新自身的有机体成分、组织、器官等。当它们死亡后，就停止与周围环境的碳交换，其组分中c-14含量开始按衰变规律减少，其半衰期为5730年。由于经过长时间的衰变，化石原料(石油、煤、天然气等)及其衍生产品中的c-14含量近于0。因此，通过对样品中c-14含量的测定，便可判断该产品原料中生物提取物(非化石原料)的比例。
4.c-14同位素分析技术是文物定年和鉴别天然产物的主要方法，主要为加速器质谱法与液体闪烁计数法，加速器质谱法使用的设备价格非常昂贵，限制了其在香精产业中的应用。而液体闪烁计数法虽然检测周期较长，但使用的仪器设备价格较低，操作也较简单，很适合测定有机物中c-14含量以鉴定其来源。有机物中的碳经过氧弹仪燃烧转化为二氧化碳，避免了不同样品的化学和颜色淬灭影响，可有效提高测量准确度。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种测定c-14含量确定香精生物基含量的方法，该方法将香精样品中的碳转化为二氧化碳后测量其中的c-14含量，极大地降低了化学猝灭和颜色猝灭对液闪测量的影响。
6.本发明首先提供了一种测定c-14含量确定香精生物基含量的方法，包括如下步骤：
7.(1)称取糖炭标准物质放入氧弹仪中，将氧弹仪密封后充入足量的纯氧，燃烧所述糖炭标准物质将所含碳氧化为二氧化碳，利用氧弹仪底部装有氢氧化钠溶液的容器吸收生成的二氧化碳；
8.(2)调整吸收二氧化碳后的氢氧化钠溶液ph值后，加入氯化钙溶液得到碳酸钙沉淀，过滤干燥后备用；
9.(3)将碳酸钙分散在水中形成悬浊液，边搅拌边向所述悬浊液中滴加盐酸溶液，并用吸收剂吸收二氧化碳，计算吸收二氧化碳的质量m；然后加入闪烁液，放在暗处暗化，得到糖炭标准物质的待测样品；
10.(4)使用液体闪烁计数仪对所述糖炭标准物质的待测样品进行c-14计数测量，记录计数值n，测量时间t和sqp(e)值，按公式(1)计算cpm值；
[0011][0012]
公式(1)中，cpm为每克碳每分钟测得的计数值，单位为(gc
·
min)-1
；n为液体闪烁仪计数值，单位为计数；t为计数时间，单位为min；m为二氧化碳质量，单位为g；
[0013]
sqp(e)是由仪器测得的外标法谱猝灭参数，其与测量样品中碳含量相关；
[0014]
(5)用所述糖炭标准物质测量结果建立sqp(e)值与测量效率e的二项式关系；其中，以sqp(e)/100为横坐标，测量效率e*100为纵坐标进行二项式拟合；
[0015]
所述测量效率e为cpm值/标准样品的真实dpm值*100％；
[0016]
(6)采用香精样品按上述(1)-(4)的步骤测量计算得到的所述香精样品的cpm值，并由步骤(5)中的二项式关系计算得到测量效率e，按照公式(2)计算得到dpm值，再与国际现代碳标准值比较得到所述香精样品的生物提取物(非化石原料)含量，即香精生物基含量；
[0017][0018]
公式(2)中，dpm为所述香精样品的每克碳每分钟衰变数，单位为(gc
·
min)-1
；cpm为所述香精样品的每克碳每分钟测得的计数值，单位为(gc
·
min)-1
；e为测量效率，无量纲。
[0019]
上述的方法，步骤(1)中，所述纯氧的充氧量根据样品含碳量组成和形态不同为6bar～12bar，最大充氧量不超过氧弹仪要求；
[0020]
所述氢氧化钠溶液的浓度为3mol/l～5mol/l；所述氢氧化钠溶液的体积为100ml～150ml；
[0021]
所述吸收生成的二氧化碳的时间至少为1小时；
[0022]
步骤(1)中还包括用氢氧化钠溶液吸收氧弹仪尾气中二氧化碳的步骤，该部分氢氧化钠溶液和氧弹仪底部吸收了二氧化碳的氢氧化钠溶液合并进行步骤(2)的处理；
[0023]
具体的，所述吸收尾气中二氧化碳所用氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/l～1mol/l，体积为300ml～500ml。
[0024]
上述的方法，步骤(2)中，用3mol/l～5mol/l的氯化铵溶液调整ph至8～11；具体的，调整ph至10.8；
[0025]
所述氯化钙溶液的浓度为4mol/l～8mol/l；具体可为8mol/l。
[0026]
步骤(2)中，过滤后，滤纸和沉淀在105℃下烘干到恒重，得到碳酸钙备用。
[0027]
上述的方法，步骤(3)中，所述碳酸钙的质量和水的体积比为1g～3g：100ml～150ml；
[0028]
所述盐酸溶液的浓度为1mol/l～3mol/l；
[0029]
所述吸收剂为3-甲氧基丙胺；所述吸收剂的体积为8ml～12ml；具体可为9ml；
[0030]
所述闪烁液由2,5-二苯基恶唑、1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯、1,2,4-三甲基苯和丙二醇甲醚组成；
[0031]
所述闪烁液的加入量为8ml～10ml；具体可为9ml；
[0032]
所述盐酸的滴加速度为1.5ml/min～2.5ml/min；
[0033]
所述搅拌的速度为600rpm～900rpm；
[0034]
步骤(3)中生成的二氧化碳用载气带入吸收剂中进行吸收；具体的，所述载气为氮气，所述载气的流速为3ml/min～8ml/min；具体可为5ml/min；
[0035]
所述吸收剂放置在冰水浴中；
[0036]
所述暗化的时间为至少24h。
[0037]
上述的方法，所述闪烁液中，溶剂为体积比9:1的1,2,4-三甲基苯和丙二醇甲醚；溶质为2,5-二苯基恶唑和1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯；其中，2,5-二苯基恶唑的浓度为0.04mol/l；1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯的浓度为0.0014mol/l。
[0038]
上述的方法，步骤(4)中，所述液体闪烁计数仪的计数时间至少120min，重复次数3～5次；
[0039]
所述液体闪烁计数仪的计数条件为：道数100～350，选择核素c-14。
[0040]
上述的方法，步骤(3)中，所述吸收剂吸收二氧化碳的质量范围为0.5g～1.3g，至少制备5个不同质量二氧化碳标准样品。
[0041]
上述的方法，步骤(6)中，所述吸收剂吸收二氧化碳的质量控制在0.9g～1.3g之间。
[0042]
上述的方法，步骤(3)中，吸收二氧化碳用同一批次的聚乙烯计数瓶或低钾玻璃瓶。
[0043]
上述的方法，所述香精样品的生物提取物(非化石原料)含量等于测量得到的香精样品dpm值/13.56*100％。
[0044]
步骤(6)中，所述国际现代碳标准值为13.56(gc
·
min)-1
，所述香精样品测定得到的dpm值与所述国际现代碳标准值比较得到的是天然碳生物质含量比例，大于等于97％可认为测量的香精样品是天然生物来源。
[0045]
所述香精包括茴香油和/或肉桂油等。
[0046]
本发明的液体闪烁计数法是一种放射性碳测量定年技术，是由β衰变的放射性核素c-14发射的β粒子与闪烁液中的闪烁体相互作用，该闪烁体将来自放射性核素的电离辐射转化为光电子的输出，使用液体闪烁计数仪检测每个样品中的c-14每分钟计数cpm值，再利用实验得到的外标sqp(e)值与计数效率的拟合方程得到样品测量的计数测量效率，计算得到样品的实际比活度dpm值，从而与现代碳国际标准比较得到样品的天然度水平。液体闪烁计数法分析时间较短，方便快捷，设备普及率高，对操作人员技术水平要求较低，易于推广。
附图说明
[0047]
图1为氧弹燃烧装置示意图。
[0048]
图2氧弹燃烧尾气吸收装置示意图。
[0049]
图3为吸收二氧化碳装置示意图。
[0050]
图4为实施例1中淬灭曲线二项式拟合。
[0051]
图5为实施例1中不同组分碳源测定值与标准值关系图。
具体实施方式
[0052]
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐
明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
[0053]
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0054]
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0055]
实施例1
[0056]
1、使用同一批中国糖炭标准物质(标准木炭样品)制备了吸收不同二氧化碳质量的标准样品，测量得到其cpm值和sqp(e)值，根据其实际dpm值计算测量效率；具体步骤如下：
[0057]
(1)称取一定量的干燥固体样品中国糖炭标准物质，放入氧弹仪(美国parr公司1120)中，将装有吸收液(100ml的5mol/l氢氧化钠溶液)的烧杯置于氧弹仪底部，密封后充入足量的纯氧，一般压力为10bar即可，点燃燃烧，将样品中所含碳氧化为二氧化碳，打开磁力搅拌吸收二氧化碳，吸收时间至少1小时，烧杯中的吸收液吸收二氧化碳后，备用(见图1)；
[0058]
为了充分吸收二氧化碳，排气时应控制排气速度在60ml/min左右，尾气通过装有400ml的0.5mol/l氢氧化钠溶液的锥形瓶释放到空气中(尾气吸收装置见如2)。
[0059]
(2)将上述两部分吸收了二氧化碳的氢氧化钠溶液合并，用5mol/l的氯化铵溶液调整其ph小于11，本实施例具体约为10.8。然后用8mol/l的氯化钙溶液沉淀上述溶液中的碳酸根离子得到碳酸钙，过滤，滤纸和沉淀均在105℃下烘干到恒重后，得到固体碳酸钙，备用。
[0060]
(3)称取一定量的步骤(2)中得到的碳酸钙分散在水中配制成碳酸钙悬混液(碳酸钙和水的质量体积比为1g:100ml)；用图3所示的装置吸收二氧化碳，将碳酸钙悬混液加入三口烧瓶中，将浓度为2mol/l的盐酸溶液滴加到磁力搅拌下的碳酸钙悬混液中，盐酸溶液的滴加速度控制在2ml/min，磁力搅拌的速度控制在600rpm；三口烧瓶的一端通入氮气作为载气，流速控制在5ml/min左右；三口烧瓶的另一端接盛有吸收剂的吸收瓶，吸收瓶为体积20ml的聚乙烯计数瓶或低钾玻璃瓶(本实施所用为同一批次的聚乙烯计数瓶)，吸收剂为9ml 3-甲氧基丙胺，吸收时放置在冰水浴中，吸收二氧化碳，称量计数瓶吸收二氧化碳前后的质量，计算吸收二氧化碳的质量m；二氧化碳吸收完成后，加入自制闪烁液，摇匀后得到待测样品，并放在暗处备用；闪烁液加入量为9.0ml。
[0061]
闪烁液为自制，其配制方法为：称取2,5-二苯基恶唑(ppo)2.2g(10mmol)和1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯(bis-msb)0.11g(0.35mmol)，放入250ml容量瓶中，向容量瓶中分别加入225ml的1,2,4-三甲基苯和25ml的丙二醇甲醚，混合均匀后冷藏待用。
[0062]
(4)步骤(3)得到的待测样品制备完成后在测量前在暗处放置暗化24h，然后使用液体闪烁计数仪对标准样品进行c-14计数测量，记录计数值n，测量时间t和sqp(e)值，计算其cpm值，公式为：
[0063][0064]
公式(1)中，cpm为每克碳每分钟测得的计数值，单位为(gc
·
min)-1
；n为液体闪烁仪计数值，单位为计数；t为计数时间，单位为min；m为二氧化碳质量，单位为g；
[0065]
液体闪烁计数仪的计数条件为：道数100～350；选择核素c-14；外部标准法；计数时间至少120min(本实施例具体为120min)，重复次数5次。
[0066]
测试结果见表1。
[0067]
表1
[0068][0069]
说明：样品质量为称量得到；cpm值由公式(1)计算得到；sqp(e)值为仪器测量得到；实际dpm值为标准样品的真实值；测量效率e由cpm值除以实际dpm值再乘以100％得到；拟合效率值由sqp(e)值代入拟合方程式(2)计算得到。
[0070]
sqp(e)是由液体闪烁计数仪测得的外标法谱猝灭参数，其与测量样品中碳含量相关；
[0071]
以sqp(e)/100为横坐标，测量效率e*100为纵坐标进行二项式拟合(见图4)，得到测量效率曲线拟合方程式：
[0072]
y＝-266.67x2+3222.05x-9690.55
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0073]
r2＝0.984x为sqp(e)/100，y为测量效率e*100
[0074]
2、使用天然度为0％的煤炭和天然度为100％的木炭样品，分别处理后得到纯净的固体碳酸钙(方法与1中相同)，按照下表2配制成天然度水平为0％、20％、40％、60％、80％、100％的不同碳酸钙样品。
[0075]
表2
[0076]
序号样品(碳酸钙)天然度％备注1纯煤炭源0 21份木炭源+4份煤炭源20 32份木炭源+3份煤炭源40 43份木炭源+2份煤炭源60 54份木炭源+1份煤炭源80 6纯木炭源100 [0077]
称取碳酸钙样品，按1中方法步骤(3)制作二氧化碳样品并吸收约1g左右(0.9g～1.3g之间)，加入闪烁液，充分摇匀后得到待测样品。
[0078]
使用液体闪烁计数仪对待测样品进行c-14计数测量，条件与1中步骤(4)相同。由得到的cpm值和sqp(e)值，查询上述测量效率曲线拟合方程式(2)得到测量效率，将cpm值代入公式(3)计算得到dpm值，得到的结果如下表3。
[0079][0080]
公式(3)中，dpm为样品的每克碳每分钟衰变数，单位为(gc
·
min)-1
；cpm为样品的每克碳每分钟测得的计数值，单位为(gc
·
min)-1
；e为测量效率，无量纲。
[0081]
天然度计算公式为：天然度％＝实测样品dpm值/13.56*100％，其中13.56为国际现代碳标准值，单位为(gc
·
min)-1
。
[0082]
表3
[0083][0084]
从测量天然度结果(见图5)可以看出，测量值与理论值符合得比较好，本发明的方法可以区分不同天然度的样品检测要求。
[0085]
为验证试验结果的准确性，我们还进行了精密度试验和重复性试验，分别选取了同一批次的煤炭和木炭样品进行测试，每批样品同时进行6个平行试验，试验结果见下表4。
[0086]
表4
[0087][0088]
测量结束48小时后对上述样品又进行了测定，结果如下表5。
[0089]
表5
[0090][0091]
从上表4和表5可以看到，本发明的方法检测结果重复性较好；对于煤炭样品，由于其dpm值较低，测量的相对标准偏差较大；而对木炭样品，其dpm值较高，相对标准偏差《5％，表明其检测结果的精密度较好，测量结果准确度较高。重复测定结果也表明其精密度和重复性较好。
[0092]
实施例2
[0093]
采用不同类型的含碳有机样品进行样品制备，样品类型见下表6。
[0094]
表6
[0095]
序号样品名称形态样品来源天然度％备注1乙醇液体购买未知 2丙酮液体购买未知 3肉桂油液体工厂生产100 4茴香油1固体工厂生产100 5茴香油2固体工厂生产100 6茴香油3固体工厂生产100 7浓馥香兰素液体工厂生产100 [0096]
将上述样品按照实施例1的方法制作二氧化碳，然后吸收剂吸收后加入闪烁液，制
备得到待测样品。
[0097]
使用液体闪烁计数仪待测样品进行c-14计数测量(与实施例1相同)。由得到的cpm值和sqp(e)值，查询前述测量效率曲线拟合方程式(2)得到测量效率，将cpm值代入公式(3)计算得到dpm值，得到的结果如下表7。
[0098]
表7
[0099]
序号样品名称dpm值dpm值dpm值平均值天然度％1乙醇13.7014.8013.0813.86101.72丙酮13.4913.9213.1513.5299.23肉桂油13.7214.5513.8514.04103.04茴香油113.3413.4513.6113.4798.85茴香油213.6714.5213.9214.15103.86茴香油313.5313.1113.9613.5399.37浓馥香兰素12.8113.6214.3213.5899.7
[0100]
天然度计算公式为：天然度％＝实测样品dpm值/13.56*100％，其中13.56为国际现代碳标准值，单位为(gc
·
min)-1
。
[0101]
从表7的结果可以看出，本次待测样品均为天然来源，天然度均达到100％。香精香料样品可以核对确定来源，均为工厂生产的天然有机产品。化学试剂乙醇和丙酮则通过测量可以推测为非石油产品，应为天然有机物原料发酵生产而来。

技术特征：
1.一种测定c-14含量确定香精生物基含量的方法，包括如下步骤：(1)称取糖炭标准物质放入氧弹仪中，将氧弹仪密封后充入足量的纯氧，燃烧所述糖炭标准物质将所含碳氧化为二氧化碳，利用氧弹仪底部装有氢氧化钠溶液的容器吸收生成的二氧化碳；(2)调整吸收二氧化碳后的氢氧化钠溶液ph值后，加入氯化钙溶液得到碳酸钙沉淀，过滤干燥后备用；(3)将碳酸钙分散在水中形成悬浊液，边搅拌边向所述悬浊液中滴加盐酸溶液，并用吸收剂吸收二氧化碳，计算吸收二氧化碳的质量m；然后加入闪烁液，放在暗处暗化，得到糖炭标准物质的待测样品；(4)使用液体闪烁计数仪对所述糖炭标准物质的待测样品进行c-14计数测量，记录计数值n，测量时间t和sqp(e)值，按公式(1)计算cpm值；公式(1)中，cpm为每克碳每分钟测得的计数值，单位为(gc
·
min)-1
；n为液体闪烁仪计数值，单位为计数；t为计数时间，单位为min；m为二氧化碳质量，单位为g；sqp(e)是由仪器测得的外标法谱猝灭参数，其与测量样品中碳含量相关；(5)用所述糖炭标准物质测量结果建立sqp(e)值与测量效率e的二项式关系；其中，以sqp(e)/100为横坐标，测量效率e*100为纵坐标进行二项式拟合；所述测量效率e为cpm值/标准样品的真实dpm值*100％；(6)采用香精样品按上述(1)-(4)的步骤测量计算得到的所述香精样品的cpm值，并由步骤(5)中的二项式关系计算得到测量效率e，按照公式(2)计算得到dpm值，再与国际现代碳标准值比较得到所述香精样品的生物提取物(非化石原料)含量，即；公式(2)中，dpm为所述香精样品的每克碳每分钟衰变数，单位为(gc
·
min)-1
；cpm为所述香精样品的每克碳每分钟测得的计数值，单位为(gc
·
min)-1
；e为测量效率，无量纲。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纯氧的充氧量为6bar～12bar；所述氢氧化钠溶液的浓度为3mol/l～5mol/l；所述氢氧化钠溶液的体积为100ml～150ml；所述吸收生成的二氧化碳的时间至少为1小时；步骤(1)中还包括用氢氧化钠溶液吸收氧弹仪尾气中二氧化碳的步骤，该部分氢氧化钠溶液和氧弹仪底部吸收了二氧化碳的氢氧化钠溶液合并进行步骤(2)的处理；具体的，所述吸收尾气中二氧化碳所用氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/l～1mol/l，体积为300ml～500ml。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，用3mol/l～5mol/l的氯化铵溶液调整ph至8～11；所述氯化钙溶液的浓度为4mol/l～8mol/l。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述碳酸钙的质量和水的体积比为1g～3g：100ml～150ml；所述盐酸溶液的浓度为1mol/l～3mol/l；所述吸收剂为3-甲氧基丙胺；所述吸收剂的体积为8ml～12ml；所述闪烁液由2,5-二苯基恶唑、1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯、1,2,4-三甲基苯和丙二醇甲醚组成；所述闪烁液的加入量为8ml～10ml；所述盐酸的滴加速度为1.5ml/min～2.5ml/min；所述搅拌的速度为600rpm～900rpm；步骤(3)中生成的二氧化碳用载气带入吸收剂中进行吸收；具体的，所述载气为氮气，所述载气的流速为3ml/min～8ml/min；所述吸收剂放置在冰水浴中；所述暗化的时间为至少24h。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述闪烁液中，溶剂为体积比9:1的1,2,4-三甲基苯和丙二醇甲醚；溶质为2,5-二苯基恶唑和1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯；其中，2,5-二苯基恶唑的浓度为0.04mol/l；1,4-双(2-甲基苯乙烯基)苯的浓度为0.0014mol/l。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述液体闪烁计数仪的计数时间至少120min，重复次数3～5次；所述液体闪烁计数仪的计数条件为：道数100～350，选择核素c-14。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述吸收剂吸收二氧化碳的质量范围为0.5g～1.3g，至少制备5个不同质量二氧化碳标准样品。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(6)中，所述吸收剂吸收二氧化碳的质量控制在0.9g～1.3g之间。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，吸收二氧化碳用同一批次的聚乙烯计数瓶或低钾玻璃瓶。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述香精样品的生物提取物(非化石原料)含量等于测量得到的香精样品dpm值/13.56*100％。

技术总结
本发明公开了一种测定C-14含量确定香精生物基含量的方法，属于香精产品的检测分析技术领域。本发明的方法将香精样品中的碳转化为二氧化碳后采用液体闪烁计数仪测量其中的C-14含量，然后将其与国际现代碳标准值比较得到香精样品的生物提取物(非化石原料)含量。本发明的方法极大地降低了化学猝灭和颜色猝灭对液闪测量的影响，液体闪烁计数法分析时间较短，方便快捷，设备普及率高，对操作人员技术水平要求较低，易于推广。易于推广。


技术研发人员：黄清钢 秦芝 殷小杰 熊智
受保护的技术使用者：绵阳三香汇生物科技有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/19