14 / 64
В
иноделие
и
иноградарство
6/2012
12
!
ПРОБЛЕМЫ ОТРАСЛИ
Методология, используемая для
подготовки проб к исследованию
изотопов кислорода и основанная
на данном физическом явлении, по‑
лучила название
методологии изо-
топного уравновешивания
.
Изотопный обмен до наступле‑
ния равновесного состояния для
закрытых систем, контролируемых
по составу газовой фазы, темпера‑
туре и длительности процесса, мо‑
жет быть представлен в виде обще‑
го уравнения:
12
С
16
О
16
О +
1
Н
1
Н
18
О
↔
m
= 44
m
= 20
↔
12
С
16
О
18
О +
1
Н
1
Н
16
О
m
= 46
m
= 18
Согласно общему уравнению
изотопный обмен происходит меж‑
ду молекулами углекислого газа,
которые содержатся в закрытом
объеме контролируемой газовой
среды, и молекулами воды, в том
числе молекулами воды, входящей
в состав исследуемого жидкого объ‑
екта. Так, в закрытой системе один
атом кислорода с атомной мас‑
сой 16 из молекулы углекислого га‑
за с массой 44 при взаимодействии
в газовой фазе с молекулами воды
замещается на один атом кислорода
с атомной массой 18 с увеличением
массы молекулы углекислого газа
до 46 единиц. Измерение молекул
углекислого газа с массами 44 и 46
позволяет определить количество
изотопов кислорода
18
О и
16
О и
рассчитать значение показателя
δ
18
О
VSMOW
для исследуемой пробы,
содержащей воду.
Для проведения реакции изотоп-
ного уравновешивания
исследуемые
пробы объемом 0,200 мл (для во‑
ды) и 0,500 мл (для вина/винома‑
териалов) вносили в круглодон‑
ные пробирки из боросиликатного
стекла объемом 12 мл. Пробирки
герметично укупоривали одно‑
разовой винтовой пробкой с теф
лон-силиконовой мембраной. В
аналогичные пробирки отдельно
вносили МСО воды VSMOW2,
GISP и SLAP2.
Для проведения исследований
формировали серию
, в которую
входили необходимое количество
пробирок с внесенными пробами и
пробирки с МСО. Дополнительно
в кажду серию включали пустую
укупоренную пробирку (для конт
роля газовой смеси, используемой
для замены воздушной атмосферы)
и пробирки с внутренним лабора‑
торным образцом (ВЛО) — биди‑
стиллированной водой, полученной
в Лаборатории фундаментальных
и прикладных исследований каче‑
ства и технологий пищевых про‑
дуктов ФГБОУ ВПО «МГУПП»
с помощью бидистиллятора GFL
2104 (GFL, Германия).
Серию пробирок размещали в
ячейках термостатируемого шта‑
тива прибора для подготовки проб.
Как правило, в первых и последних
ячейках штатива с целью контро‑
ля дрифта показаний размеща‑
ли пробирки с МСО и ВЛО. Для
проведения реакции изотопного
уравновешивания воздушную ат‑
мосферу внутри пробирок заме‑
няли инертным газом — гелием,
содержащим 0,5 % РСО. Скорость
потока газовой смеси до полного
вытеснения атмосферного возду‑
ха и создания в каждой пробирке
контролируемой газовой среды
определили экспериментальным
путем: она составила 130 мл/мин
при длительности замены 10 мин.
Результаты предварительных экс‑
периментов по установлению дли‑
тельности реакции изотопного
уравновешивания показывают, что
равновесное состояние в созданной
закрытой системе наступает после
выдержки образцов в течение не
менее 18 ч. При этом оптималь‑
ной температурой для проведения
реакции определена температура
25±0,1 °С. Коэффициент разде‑
ления изотопов кислорода между
углекислым газом и водой при дан‑
ной температуре равен 1,0412 [2].
Температурный фактор — один из
основных факторов влияния на
результат изотопного обмена. Для
обеспечения стабильности темпе‑
ратурного режима на протяжении
всей реакции важным требовани‑
ем является активное поддержание
установленного уровня температу‑
ры, которое достигается не толь‑
ко применением прецизионных
устройств, но и регулируемым по‑
нижением и сохранением темпера‑
туры в помещении, где размещено
аналитическое оборудование, на
5...10 °С ниже температуры реак‑
ции изотопного обмена.
Измерение изотопов.
По окон‑
чании реакции изотопного обмена
на следующем этапе предусмотрен
отбор из газовой фазы каждой про‑
бирки объемов газовой смеси, по‑
даваемой в прибор Gasbench II. Га‑
зовую смесь, содержащую углекис‑
лый газ с равновесным изотопным
составом атомов кислорода, под‑
вергают первичной очистке с це‑
лью удаления молекул воды с по‑
мощью диффузионной системы на
основе молекулярного мембранно‑
го сита Nafion, после чего направ‑
ляют в систему газового хромато‑
графа для выделения углекислого
газа. Хроматографическое разделе‑
ние газовых фракций осуществля‑
ют в потоке гелия (2 мл/мин) на
колонке типа PLOT Fused Silica с
неподвижной фазой марки CP-
PoraPLOT Q, длиной 25 м и диа‑
метром 0,32 мм (Varian, США).
Температура хроматографического
разделения газов составляла 70 °С,
в то время как температура проб в
штативе до окончания исследо‑
вания поддерживалась на уровне
Рис. 2. Общая принципиальная схема основных этапов исследования изотопов кислорода в жидких
пищевых продуктах в методологии изотопного уравновешивания
Виала
с анализируемым газом
Valco
6-Port
100 µl
Петля
He + CO
2
He + H
2
O
He + H
2
O
Продувка
GG
Колонка
В масс-
спектрометр
IRMS
Капиллярная
система подачи
образца в потоке
гелия (open-split)
Осушитель воды
–H
2
O
–H
2
O
He
He
He
He
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека