一种分离酒中的水以用于H和O同位素比值测定的方法技术

本发明专利技术公开一种分离酒中的水以用于H和O同位素比值测定的方法，在气体的流经途径上分别设有依次连接的He气瓶、鼓泡瓶、膜组件、第一冷凝瓶、真空泵；所述膜组件还连接有第二冷凝瓶；通过氦气在一定流量下通入经加热的鼓泡瓶内部，鼓泡瓶中酒样的乙醇、水蒸汽等组分随着氦气载气进入膜组件，而仅有水蒸气能够透过无机分离膜，进入无机分离膜内侧，而后在第一冷凝瓶中被收集，随He载气引入无机分离膜外侧的除水蒸汽以外的其他组分在第二冷凝瓶中被收集，从而实现分离酒中的水的目的；本发明专利技术整个分离装置有较好的气密性，可防止有气体外溢以及空气中的水蒸气进入分离装置。

【技术实现步骤摘要】
一种分离酒中的水以用于H和O同位素比值测定的方法
本专利技术涉及同位素比值技术在酒类产品产地溯源和掺假鉴定中的应用领域，具体地，涉及一种分离酒中的水以用于H和O同位素测定的方法。
技术介绍
现有技术用于测定酒类产品中水的H和O同位素比值的方法有：CO2-H2O氧同位素平衡法，铂催化H2-H2O氢同位素平衡法，吸附解吸分离水以测定H和O同位素比值。CO2-H2O氧同位素平衡法测量的原理是将CO2直接通入酒中，CO2与酒中的H2O发生氧同位素交换，当氧同位素交换达到平衡时，通入载气将达到氧同位素平衡的CO2引入稳定同位素质谱仪(IRMS)，测定CO2中氧同位素比值，以间接得到酒中水的氧同位素比值。鉴于酒中CH3CH2OH与CO2分子量接近，因此，采用CO2-H2O氧同位素平衡法在线测量酒中水的O同位素比值时，酒中CH3CH2OH会干扰IRMS对CO2中O同位素的测量，测量结果发生偏差；CO2-H2O氧同位素平衡法，达到氧同位素平衡所需时间较长，需采用专用的商业化设备，设备价格昂贵。铂催化H2-H2O氢同位素平衡法的原理是将H2直接通入酒中，在铂催化作用下，H2与酒中的H2O发生氢同位素交换，当氢同位素交换达到平衡时，通入载气将达到氢同位素平衡的H2引入IRMS，测定H2中氢同位素比值，以间接得到酒中水的氢同位素比值。H2-H2O氢同位素平衡法，达到氢同位素平衡所需时间较长，需采用专用的商业化设备，设备价格昂贵。吸附解吸分离水以测定H和O同位素比值的原理是：首先将N2通入酒中鼓泡，将酒中的水以蒸汽形式载出，使用BaCl2干燥剂吸附载气中水蒸气；待吸附完成后，加热BaCl2干燥剂，使吸附的水分解吸，而后使用液氮冷阱重新收集解吸的水蒸汽；使用IRMS测量液氮冷阱收集的水中H和O同位素比值。该方法为离线测量，即先分离酒中的水，再用IRMS测量水中的H和O。与CO2-H2O氧同位素平衡法、铂催化H2-H2O氢同位素平衡法等在线分离方法相比，离线测量时，所需分离装置简单、造价低、测量精度较好。但采用吸附解吸的方式分离酒中水，该方法比较耗时，且存在一定的安全隐患，该方法在冷凝收集水时，以N2作为载气(流速小于3mL/min)吹扫吸附在BaCl2干燥剂上的水分，而后将N2载气通入液氮冷阱中。N2载气会在玻璃材质的冷凝瓶中被冷凝成液氮，收集结束后，取下冷凝瓶时，冷凝瓶中的液氮会急速膨胀，体积迅速增大，存在安全隐患；鉴于载气流速非常小(小于3mL/min)，N2载气被冷凝成液氮后，空气中的水蒸气会进入冷凝瓶，对测量结果造成干扰。综上可见，现有技术存在如下的缺点：1.CO2-H2O氧同位素平衡法、铂催化H2-H2O氢同位素平衡法等在线测量方法，达到同位素平衡所需时间较长，需采用专用的商业化设备，设备价格昂贵，酒中CH3CH2OH会干扰IRMS对CO2中O同位素的测量；2.吸附解吸分离水以测定H和O同位素比值(离线测量方法)，操作耗时、存在一定安全隐患。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种分离酒中的水以用于H和O同位素比值测定的方法，该方法属于离线测量，测量精度高，所需分离设备结构简单可靠、造价低、安全性能好，分离过程省时。为实现上述目的，本专利技术提供一种分离酒中的水以用于H和O同位素比值测定的方法，包括以下步骤：(1)搭建装置：在气体的流经途径上分别设有依次连接的He气瓶、鼓泡瓶、膜组件、第一冷凝瓶、真空泵；所述膜组件还连接有第二冷凝瓶；所述He气瓶通过导管引入所述鼓泡瓶内的下部，在所述He气瓶和鼓泡瓶之间还设有减压阀、流量计；He气瓶用于提供He载气流，减压阀、流量计以控制载气的开启、关闭及载气流量的大小；所述膜组件包括：一端设有真空计，由内向外设置的无机分离膜、膜组件外壳、电加热带，膜组件的另一端通过导管分别将无机分离膜内侧连接到第一冷凝瓶，将膜组件外壳连接到第二冷凝瓶；在所述鼓泡瓶的上部设有导管连接到所述膜组件设有真空计一端的膜组件外壳；所述无机分离膜仅水蒸汽能够透过无机分离膜，进入无机分离膜内侧；在所述第一冷凝瓶和第二冷凝瓶外侧均具有液氮罐，以提供冷却；在所述鼓泡瓶的底部设有电加热套；在所述第一冷凝瓶和真空泵之间、所述第二冷凝瓶出气口处分别具有第一针型阀和第二针型阀，用于装置的气密性检查；(2)设备调试准备：打开氦气瓶，通入氦气，打开第一针型阀和第二针型阀，开启电加热带电源，开启真空泵；待膜组件温度稳定，且真空计示数稳定时，关闭氦气，关闭第一针型阀、第二针型阀和真空泵，观察所述真空计示数是否仍维持不变；(3)加样：检漏结束保持He气瓶开启，将待分离酒样加入到所述鼓泡瓶中；(4)水分收集：开启第一针型阀和第二针型阀，调节流量计的流速为150mL/min，开启真空泵，开启电加热套加热酒样直至鼓泡瓶中水分被蒸干；(5)同位素比值测定：待分离结束15min后，取下所述第一冷凝瓶，收集冷凝的水样待测。进一步地，将酒样加热至78.5℃，保持10min，使大部分酒精先被蒸出；继续加热至99℃，调节流量计流速为50mL/min，加热酒样直至鼓泡瓶中水分被蒸干。通过分阶段加热能够提高水的分离效率；水蒸气随He载气被引入所述无机分离膜外侧，在无机分离膜内外两侧压力差的驱动下，经吸附、渗透、扩散等作用进入无机分离膜内侧，而后在第一冷凝瓶中被收集；随He载气引入的其他气态成分(除水蒸气外)，不能透过所述无机分离膜，最终在第二冷凝瓶中被收集。进一步地，所述步骤(2)中流量计的流速设置为150mL/min，电加热带加热温度设置为110℃。进一步地，所述无机分离膜为亲水性蒸汽渗透膜，孔径大于水分子的分离动力学直径，小于酒中大分子组分的分子动力学直径。对酒中乙醇等其他组分吸附性能较差，因此酒中除水分子外的其他挥发性组分不能透过无机分离膜，水分子在所述无机分离膜内外两侧压力差的驱动下，自无机分离膜外侧经吸附、溶解、扩散等作用，可进入无机分离膜内侧。进一步地，在加样之前，对所述无机分离膜进行加热和He载气吹扫，此时第一冷凝瓶和第二冷凝瓶未放入液氮罐中，以去除无机分离膜吸附的水分，此时第一冷凝瓶和第二冷凝瓶未放入液氮罐中，防止收集空气中的水蒸气。进一步地，在所述水分收集步骤中，在开启真空泵后，迅速将第一冷凝瓶和第二冷凝瓶放入液氮罐中，以防止空气中的水蒸气进入第一冷凝瓶以及渗透到无机分离膜内侧的水蒸气无法及时被收集。进一步地，所述电加热套为可控温电加热套，配合温度探头使用，与其配合使用的温度探头放置在所述鼓泡瓶内的下部，用于测量待分离酒样的温度；所述电加热带为可控温电加热带，与温度探头和温控仪表配合使用。进一步地，所述无机分离膜为NaA分子筛膜。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：在本专利技术的技术方案中，通过氦气在一定流量下通入经加热的鼓泡瓶内部，鼓泡瓶中酒样的乙醇、水蒸汽等组分随着氦气载气进入膜组件，而仅有水蒸气能够透过无机分离膜，进入无机分离膜内侧，而后在第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离酒中的水以用于H和O同位素比值测定的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)搭建装置：在气体的流经途径上分别设有依次连接的He气瓶、鼓泡瓶、膜组件、第一冷凝瓶、真空泵；所述膜组件还连接有第二冷凝瓶；/n所述He气瓶通过导管引入所述鼓泡瓶内的下部，在所述He气瓶和鼓泡瓶之间还设有减压阀、流量计；/n所述膜组件包括：一端设有真空计，由内向外设置的无机分离膜、膜组件外壳、电加热带，膜组件的另一端通过导管分别将无机分离膜内侧连接到第一冷凝瓶，将膜组件外壳连接到第二冷凝瓶；/n在所述鼓泡瓶的上部设有导管连接到所述膜组件设有真空计一端的膜组件外壳；/n所述无机分离膜仅水蒸汽能够透过无机分离膜，进入无机分离膜内侧；在所述第一冷凝瓶和第二冷凝瓶外侧均具有液氮罐；/n在所述鼓泡瓶的底部设有电加热套；/n在所述第一冷凝瓶和真空泵之间、所述第二冷凝瓶出气口处分别具有第一针型阀和第二针型阀，用于装置的气密性检查；/n(2)设备调试准备：打开氦气瓶，通入氦气，打开第一针型阀和第二针型阀，开启电加热带电源，开启真空泵；待膜组件温度稳定，且真空计示数稳定时，关闭氦气，关闭第一针型阀、第二针型阀和真空泵，观察所述真空计示数是否仍维持不变；/n(3)加样：步骤(2)检漏结束保持He气瓶开启，将待分离酒样加入到所述鼓泡瓶中；/n(4)水分收集：开启第一针型阀和第二针型阀，调节流量计的流速为150mL/min，开启真空泵，开启电加热套加热酒样直至鼓泡瓶中水分被蒸干；/n(5)同位素比值测定：待分离结束15min后，取下所述第一冷凝瓶，收集冷凝的水样待测。/n...

【技术特征摘要】
1.一种分离酒中的水以用于H和O同位素比值测定的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)搭建装置：在气体的流经途径上分别设有依次连接的He气瓶、鼓泡瓶、膜组件、第一冷凝瓶、真空泵；所述膜组件还连接有第二冷凝瓶；
所述He气瓶通过导管引入所述鼓泡瓶内的下部，在所述He气瓶和鼓泡瓶之间还设有减压阀、流量计；
所述膜组件包括：一端设有真空计，由内向外设置的无机分离膜、膜组件外壳、电加热带，膜组件的另一端通过导管分别将无机分离膜内侧连接到第一冷凝瓶，将膜组件外壳连接到第二冷凝瓶；
在所述鼓泡瓶的上部设有导管连接到所述膜组件设有真空计一端的膜组件外壳；
所述无机分离膜仅水蒸汽能够透过无机分离膜，进入无机分离膜内侧；在所述第一冷凝瓶和第二冷凝瓶外侧均具有液氮罐；
在所述鼓泡瓶的底部设有电加热套；
在所述第一冷凝瓶和真空泵之间、所述第二冷凝瓶出气口处分别具有第一针型阀和第二针型阀，用于装置的气密性检查；
(2)设备调试准备：打开氦气瓶，通入氦气，打开第一针型阀和第二针型阀，开启电加热带电源，开启真空泵；待膜组件温度稳定，且真空计示数稳定时，关闭氦气，关闭第一针型阀、第二针型阀和真空泵，观察所述真空计示数是否仍维持不变；
(3)加样：步骤(2)检漏结束保持He气瓶开启，将待分离酒样加入到所述鼓泡瓶中；
(4)水分收集：开启第一针型阀和第二针型阀，调节流量计的流速为150mL/min，开启真空泵，开启电加热套加热酒样直至鼓泡瓶中水分被蒸干；
(5)同位素比值测定：待分离结束15min后，取下所述第一冷凝瓶，收集冷凝的水样待测。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫，秦来来，韩兴博，马玉华，曾友石，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31