관련 제품명 : Headspace Sampler 

[요약]

알코올 음료 중에 존재하는 fusel alcohol을 분석하기 위해 Teledyne Tekmar사에서는 Headspace sampler(<그림 1>, <그림 2>)를 사용하여 미 재무부 주류담배세무국(The Alcohol and Tobacco Tax and Trade Bureau of the USDepartment of the Treasurt(이하 TTB)) 기준(TM200)을 충족시키기 위한 분석법을 개발하였다.

[개요]

Fusel alcohol은 발효과정 중에 발생하는 흔한 부산물이지만 비정상적인 양 또는 종류는 알코올 음료 불순물로 여겨진다.

분석법 TM200은 fusel alcohol을 분석하기 위해 직접 시료를 주입하는 방법이다.

이 분석법은 물과 섞이지 않는 음용이 불가한 알코올(NonBeverage Alcohol, 이하 NBA) 제품들은 적용이 불가하다고 명시하고 있다.

추가적으로, 극성 NBA 제품들과 고형물이 10% 이상인 증류주(Distilled spirits)는 분석 전에 반드시 희석해야 한다.

직접 시료를 주입하는 방법은 시료 중에 존재하는 모든 화합물들이 주입구를 통과하기 때문에 주입구의 오염을 야기하여 빈번하게 주입구 라이너(liner)를 교체해야 하는 번거로움이 있다.

이러한 오염 문제 때문에 TM200 분석법에서는 검량선의 상관계수(r2) 값이 0.99 이하로 나타나면 주입구의 라이너를 교체할 것을 권고하였다.

라이너 오염 뿐만 아니라 당 성분 같이 열적으로 불안정한 화합물들이 여러 종류의 화합물로 분해되어 피크간섭을 일으켜 분석의 방해요소로 작용한다.

Teledyne Tekmar사에서는 TTB 기준에 따른 fusel alcohol 분석을 위해 Static 헤드스페이스 샘플러를 이용한 분석법을 개발하였다.

Static 헤드스페이스 샘플러를 이용함으로써 헤드스페이스 바이얼 내의 라이너 오염을 유발하는 비휘발성 화합물들을 제외한 휘발성 화합물들만 GC로 전달하게 된다.

[실험 조건]

본 실험에서는 Teledyne Tekmar사 HT3 헤드스페이스 샘플러와 Agilent사 GC/FID를 사용하였다.

GC 이동상과 FID의 makeup gas, HT3 pressurization gas로 헬륨을 사용하였다.

또한 시료에 가해지는 최적의 온도를 찾기 위해 HT3 TekLink™ 소프트웨어의 최적의 분석법 개발 모드(Method Optimization Mode, 이하 M.O.M)를 이용하여 온도를 설정하였다.

[표준용액과 시료 전처리]

Fusel alcohol 표준 용액은 TM200 과정에 따라 준비하였다.

Working standard는 <표 4>의 나열된 범위를 만족시킬 수 있도록 준비하였다.

Isoamyl alcohol(3-methyl-1-butanol)과 Active amyl alcohol(2-methyl-a-butanol)은 전체 amyl alcohol 농도를 조절하기 위해 준비하였다.

모든 working standard는 fusel alcohol 표준 용액을 물로 250 mL까지 희석하여 준비하였다.

시료들은 working standard 또는 바탕시료(물) 10 mL에 녹여 22 mL 헤드스페이스 바이알에 준비하였다.

Teledyne Tekmar사 소프트웨어의 M.O.M 기능으로 시료에 가해지는 온도를 40 ℃에서 90 ℃까지 10 ℃씩 증가시켜 최적의 온도를 설정하였다.

[결과 및 고찰]

TTB 분석법은 외부 표준물질 정량법으로 fusel alcohol 표준용액 화합물의 상관계수(r2)가 0.99 이상으로 계산되어야 한다.

상관계수와 Rf%상대표준편차는 시료 바이알에 가해지는 다양한 온도에 따라 다르게 나타났다.

Teledyne Tekmar사 TekLink™의 M.O.M 기능을 이용하여 찾은 최적의 설정 온도 70 ℃로 시료에 가했을때 0.99 이상의 r2값과 10% 미만의 Rf%값을 얻을 수 있었다.

<표 5>는 시료에 가해지는 온도를 70 ℃로 설정하여 얻은 r2와 Rf%값이다.

<그림 3>은 가장 낮은 농도의 표준물질로 얻은 크로마토그램이다.

[결론]

맥주, 와인, 음용이 불가한 알코올, 위스키 중에 존재하는 fusel alcohol을 분석하는 TM200 분석법을 static 헤드스페이스 샘플러를 이용한 분석법으로 쉽게 전환할 수 있었다.

Fusel alcohol 분석에서 최적의 온도조건을 간편하게 찾기 위해 Teledyne Tekmar사 TekLink™의 M.O.M 기능을 이용하여 Teledyne Tekmar사 HT3 static 헤드스페이스 샘플러로 분석법을 전환하였다.

Static 헤드스페이스 샘플러는 최상의 상관계수(r2)와 Rf% 상대표준편차 값을 얻기 위해 모든 fusel alcohol 화합물을 70 ℃에서 분석하였다.

헤드스페이스를 이용한 분석법은 직접 시료를 주입하는 방법과는 달리 시료 중에 존재하는 휘발성 화합물만 GC로 주입하게 된다.

중간휘발성 화합물과 당 성분과 같이 주입구의 라이너를 쉽게 오염시키는 다른 비휘발성 물질들은 헤드스페이스 바이알에 남게 된다.

따라서 이러한 헤드스페이스 샘플러를 이용한 분석법은 컬럼과 주입구의 라이너의 오염을 최소화하여 분석 시스템의 유지보수 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 수명을 연장할 수 있다.

HT3 헤드스페이스 샘플러 또는 Versa 헤드스페이스 샘플러는 자동화된 시료 전처리 시스템으로 시료 처리량을 증가시켜 더 많은 시료를 분석할 수 있다는 장점을 가진다.

또한 HT3 헤드스페이스 샘플러는 60개의 시료를, Versa 헤드스페이스는 20개의 시료의 전처리를 자동화할 수 있어 각 실험실의 예산에 맞는 시스템 선택으로 시료 전처리의 편리함과 함께 최상의 결과를 제공해 줄 수 있다.