eng
Выпуск #3/2016
А.Колеснов, Н.Агафонова, М.Зенина
Масс-спектрометрия стабильных изотопов кислорода 18О/16О в винограде и винодельческой продукции Крыма
Масс-спектрометрия стабильных изотопов кислорода 18О/16О в винограде и винодельческой продукции Крыма
Просмотры: 3366
С помощью масс-спектрометрии изотопного уравновешивания (EQ-IRMS/SIRA) исследовали биологическое фракционирование стабильных изотопов легких элементов в растениях С3-группы фотосинтеза. На примере винограда изучено биологическое фракционирование стабильных изотопов кислорода 18O / 16O и его взаимосвязи с условиями региона произрастания и первичной переработки растительного сырья восьми сортов винограда, выращиваемых и перерабатываемых в Крыму
Введение
Масс-спектрометрия изотопных отношений – одна из наиболее известных, теоретически и экспериментально обоснованных методологий. Она широко применяется в течение нескольких десятилетий в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, а также в формализованных системах аналитического контроля качества и безопасности продукции (оценка и подтверждение соответствия действующим нормативным и правовым требованиям).
Рассматривая хронологию развития и применения методологии можно отметить, что еще в 1926 году В.И.Вернадский указал на изотопию как на область, требующую самого пристального внимания ученых. Интенсивное развитие методов исследования стабильных изотопов началось в 1934 году после открытия дейтерия Х.Юри, за которое он получил Нобелевскую премию. После создания первого масс-спектрометра А.Ниром в 40-х годах прошлого века началось широкое применение масс-спектрометрии и совершенствование ее методических и инструментальных средств [1]. Масс-спектрометры с системой постоянного потока и измерения в инертном газе, как правило – гелии (continuos flow = CF), разработаны около 40 лет назад. Эти приборы произвели настоящую революцию в изотопных исследованиях. В базовой схеме системы, работающей по CF-принципу, исследуемый газ вводится в поток гелия, очищается в газовом хроматографе и непосредственно поступает в ионный источник масс-спектрометра. Первоначально газовый хроматограф служил только для очистки газа, но затем стал использоваться для выделения из матрицы пробы индивидуальных соединений с последующим их окислением и, если необходимо, восстановлением. При этом концентрация анализируемых веществ уменьшилась на несколько порядков [1–2]. Сегодня доступные инструментальные ресурсы позволяют существенно расширить возможности масс-спектрометрической CF-системы путем включения в нее не только газового хроматографа для выделения и очистки анализируемых веществ (например, хроматографическая система GC-Isolink)*, но и ВЭЖХ-хроматографа (например, LC-Isolink), комбинированного элементного анализатора для окислительно-восстановительного или пиролизного преобразования проб (например, приборы серии EA-Flash) и приборов для реализации метода изотопного уравновешивания (EQ-IRMS/SIRA). Для проведения исследований в Лаборатории фундаментальных и прикладных исследований качества технологий пищевых продуктов ФГБОУ ВПО "МГУПП" в 2015 году был использован масс-спектрометрический комплекс, включавший все перечисленные приборные конфигурации и методические опции (рис.1).
Образцы винограда, вина и воды
Исследования проводили на одиннадцати образцах восьми сортов винограда ("Токай", "Мускат белый", "Каберне Совиньон", "Кефесия", "Эким Кара", "Алиготе", "Бастардо" и "Буковинка"), выращиваемых в четырех виноградарских регионах Крыма: районе № 1 (западный приморско-степной район, село Ромашкино), районе № 2 (западный предгорно-приморский район, село Угловое), районе № 3 (западный район южнобережной зоны, поселок Ай-Даниль), и районе № 4 (восточный горно-долинный приморский район южнобережной зоны, село Морское). Образцы винограда были отобраны на виноградниках, общая площадь которых составила 571,8 га. Перечень исследованных образцов дополнили тринадцать образцов вина, полученных способом микровиноделия из шести сортов винограда из указанного выше ряда – "Токай", "Мускат белый", "Каберне Совиньон", "Кефесия", "Эким Кара", "Алиготе". Состав стабильных изотопов кислорода 18О / 16О впервые исследовали в биологической воде** – водной фракции всех образцов винограда и вина Крыма.
В программе было предусмотрено изучение состава стабильных изотопов кислорода 18О / 16О в четырех образцах геологической воды***, два из которых – вода, используемая для орошения виноградников в районах № 1 и 2, один – вода из природного источника, используемого для орошения виноградника в районе № 3, один – вода дождевых осадков. Отметим, что исследование состава стабильных изотопов кислорода в геологической воде проведено впервые в истории метеорологических наблюдений Крыма. В отдельном исследовании, проведенном вне рамок проекта РФФИ № 15-34-51208, с применением метода EQ-IRMS/SIRA, изучен состав изотопов кислорода 18О/16О в шести образцах виноматериалов, изготовленных в Крыму в промышленных условиях. Полный перечень образцов винограда, лабораторных и промышленных вин, а также образцов геологической воды, которые были исследованы методом EQ-IRMS/SIRA, приведен в табл.1.
Оборудование и материалы
Общие сведения о методе исследования
В основе метода EQ-IRMS/SIRA лежат фундаментальные знания о физических процессах термодинамического фракционирования (распределения) стабильных изотопов в природных системах – биотических и абиотических объектах. Постоянный обмен изотопами кислорода в природе происходит между жидкой и газовой фазами в процессе испарения воды. Интенсивность обмена является функцией времени, температуры и числа участвующих элементов. В закрытых системах с течением времени интенсивность обмена снижается до наступления определенного равновесного состояния, в котором скорости перехода изотопов одного элемента из жидкой в газовую фазу и обратно равны. Такое состояние называется изотопным равновесием системы. А метод, используемый для подготовки проб к исследованию отношений изотопов кислорода и основанный на данном физическом явлении, получил название "изотопное уравновешивание" (изотопный обмен).
Изотопный обмен до наступления равновесного состояния для закрытых систем, контролируемых по составу газовой фазы, температуре и длительности процесса, может быть представлен в виде следующего общего уравнения:
. (1)
Согласно уравнению (1) изотопный обмен происходит между молекулами углекислого газа, которые содержатся в закрытом объеме контролируемой газовой среды, и молекулами воды, в том числе входящей в состав исследуемого жидкого объекта. Так, например, в закрытой системе один атом кислорода с атомной массой 16 из молекулы углекислого газа 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 осуществить количественное определение изотопов кислорода 18О и 16О и рассчитать значение показателя δ18ОVSMOW для исследуемой пробы.
Материалы и оборудование
Исследования проводили на оборудовании, входившем в состав масс-спектрометрического комплекса (рис.1) и включавшем прибор изотопного уравновешивания / эквилибратор (рис.2), универсальный прибор для газовой хроматографии, отделения воды и управления газовыми потоками Gasbench II (рис.3), IRMS/SIRA масс-спектрометр Delta V Advantage (рис.4), компьютерную рабочую станцию Dell Optiplex 960 и инфраструктурное приспособление для фильтрации и подачи газов.
Использованы международные стандартные образцы (МСО) c известным составом изотопов кислорода 18О / 16О "Международный стандартный образец среднеокеанической воды VSMOW2" (Vienna-Standard Mean Ocean Water 2, δ18О = 0,00‰, МАГАТЭ****, Австрия), "Международный стандартный образец водных осадков ледяного покрова Гренландии GISP" (Greenland Ice Sheet Precipitation, δ18О = – 24,76‰, МАГАТЭ, Австрия) и "Международный стандартный образец легких водных осадков Антарктики SLAP2" (Standard Light Antarctic Precipitation 2, δ18О = – 55,50‰, МАГАТЭ, Австрия).
В качестве рабочего стандартного образца (РСО) применяли газообразный диоксид углерода высокой степени очистки 99,9999%, а также так называемый "продувочный" газ – гелий высокой степени очистки 99,9999%, содержащий 0,4% высокоочищенного диоксида углерода, газ-носитель – гелий высокой степени очистки (99,9999%).
Изотопное уравновешивание
Для проведения реакции изотопного уравновешивания (1) исследуемые образцы № 1–24 и 29–34 (табл.1) в трех повторностях в количестве 0,500 мл каждая вносили в круглодонные пробирки из боросиликатного стекла объемом 12 мл. Образцы геологической воды № 25–28 вносили в пробирки в количестве 0,200 мл. Пробирки герметично укупоривали одноразовой винтовой пробкой с тефлон-силиконовой мембраной (рис.5). В аналогичные пробирки отдельно вносили по 0,200 мл МСО воды VSMOW2, GISP и SLAP2.
Затем формировалась серия (группа) образцов, в которую входили необходимое количество пробирок с внесенными пробами и пробирки с МСО. Дополнительно в каждую серию включали пустую укупоренную пробирку (для контроля газовой смеси, используемой для замены воздушной атмосферы) и пробирки с внутренними лабораторными образцами воды (ВЛО).
Серию пробирок размещали в ячейках прибора изотопного уравновешивания (см. рис.2). Как правило, в первых и последних ячейках штатива для контроля дрифта показаний устанавливали пробирки с МСО и ВЛО. Для проведения реакции изотопного уравновешивания воздушную атмосферу внутри пробирок заменяли инертным газом – гелием, содержащим 0,4% РСО. Скорость потока газовой смеси до полного вытеснения атмосферного воздуха и создания в каждой пробирке контролируемой газовой среды была определена экспериментальным путем и составила 130 мл / мин, длительность замены – 10 мин. Результаты предварительных экспериментов по установлению длительности реакции изотопного уравновешивания показывают, что равновесное состояние в созданной закрытой системе наступает после выдержки образцов не менее 18 ч. При этом оптимальная температура проведения реакции 25,0оС (± 0,1оС), а коэффициент разделения изотопов кислорода между углекислым газом и водой равен 1,0412. Температура – один из основных факторов влияния на результат изотопного обмена. Стабильность температурного режима на протяжении всей реакции достигается не только применением прецизионных устройств, но и регулируемым понижением и сохранением температуры в помещении, где размещено аналитическое оборудование, на 5–10оС ниже температуры реакции изотопного обмена.
Измерение отношений изотопов кислорода 18О / 16О
После окончания реакции изотопного обмена (1) на следующем этапе предусмотрен отбор из газовой фазы каждой пробирки газовой смеси, которая подается в универсальный прибор для газовой хроматографии, отделения воды и управления газовыми потоками Gasbench II (см. рис.3).
Содержащая диоксид углерода с равновесным изотопным составом атомов кислорода газовая смесь в универсальном приборе подвергается первичной очистке для удаления молекул воды с помощью диффузионной системы на основе молекулярного мембранного сита Nafion, после чего направляется в систему газового хроматографа для выделения углекислого газа. Хроматографическое разделение газовых фракций происходит в потоке гелия (2 мл / мин) на колонке типа PLOT Fused Silica с неподвижной фазой марки CP-PoraPLOT, длиной 25 м и диаметром 0,32 мм (Varian, США). Температура хроматографического разделения газов составила 70оС, в то время как температура проб в штативе до окончания исследования поддерживалась на уровне 25оС (± 0,1оС). Универсальный прибор Gasbench II позволяет в процессе одного цикла измерения осуществлять многократную подачу газовой смеси из системы инжекции в хроматограф. Одна инжекция газовой смеси означает одно хроматографическое разделение и, соответственно, одно измерение количественного соотношения изотопов кислорода 18О и 16О в IRMS/SIRA-масс-спектрометре Delta V Advantage (см. рис.4). Перед подачей очищенных объемов углекислого газа в масс-спектрометр их подвергают дополнительной обработке в диффузионной системе Nafion для удаления возможного загрязнения газовой фракции молекулами воды.
Для количественного измерения состава изотопов кислорода 18О и 16О подготовленные объемы диоксида направляли в IRMS/SIRA-масс-спектрометр Delta V Advantage. Ускоряющее напряжение масс-спектрометра составило 3,07 кВ, рабочее давление в ионном источнике – 1,2 · 10–7 кПа. Генерацию ионизированных молекул углекислого газа проводили методом электронного удара (уровень энергии электронов составил 124 эВ). IRMS/SIRA-масс-спектрометр Delta V Advantage оснащен пятью детекторами – ионными ловушками ("чашками Фарадея"), три из которых осуществляют одновременный непрерывный мониторинг сигнала [CO2]+ для трех основных ионов с массами 44 (12С16О16О), 45 (13С16О16О и 12С17О16О) и 46 (12С16О18О). Для обеспечения значимого уровня сигнала резисторы отклика были настроены на значения 3 · 108, 3 · 1010 и 1 · 1011 Ом для масс 44, 45 и 46 соответственно. В начале каждого измерительного цикла в масс-спектрометр подавали по пять объемов РСО.
Регистрация, обработка результатов исследований, а также управление всеми приборами научного комплекса осуществляли через специализированную компьютерную рабочую станцию Dell Optiplex 960 и программный пакет высокого уровня Isodat 3.0. На рис.6 представлен типичный цифровой и графический модули регистрации и обработки данных измерения одной пробы, проведенного методом изотопного уравновешивания.
Отдельные теоретические аспекты применения метода EQ-IRMS/SIRA
Один из основных аспектов – оценка массового баланса протекающих процессов и, соответственно, расчет числа компонентов, участвующих в реакциях. В методе изотопного уравновешивания имеют значение объем газа и, в особенности, количество пробы, содержащей воду, так как окончательный результат работы – показатель δ18О – зависит от состава изучаемых изотопов газа и пробы.
В исследовании применяли пробы, содержащие воду и газы высокой степени очистки. Известно, что 1 М воды эквивалентен объему 18 мл, а 1 М идеального газа – 22,4 л. Объем пробирок (см. рис.5), в которых протекает реакция изотопного уравновешивания, составляет 12 мл. Он эквивалентен 0,0005357 М идеального газа. Гелий, содержащий 0,4% газообразного диоксида углерода, в методе изотопного уравновешивания мы рассматриваем как идеальный газ. Таким образом, количество газообразного диоксида углерода в объеме пробирки (12 мл) составит 0,000002679 М. Объем воды, равный, например, 1 мл, соответствует 1 / 18 М. При использовании данного объема концентрация атомов кислорода в водной фазе пробы в 10 тыс. раз превышает концентрацию атомов кислорода в газовой фазе. Этого количества более чем достаточно для инициирования и поддержания скорости реакции изотопного обмена вплоть до равновесного состояния, которое в конечном итоге обеспечивает эквивалентность изотопного состава жидкой и газовой фаз.
Таким образом, в реакции изотопного обмена, для реализации которой используется 1 мл или даже от 0,200 (в случае чистой воды, например, МСО или ВЛО) до 0,500 мл (в случае любого объекта, содержащего растворенные сухие вещества, например, сусло и вино*****) жидкой пробы, расчет массового баланса не является обязательным.
Результаты исследования
Результаты исследования отношений стабильных изотопов кислорода 18О / 16О выражали в виде величины δ18ОVSMOW в промиллях (‰). Расчет значений δ18ОVSMOW осуществляли непосредственно в процессе регистрации и обработки данных программным пакетом Isodat 3.0. В основе расчета лежит следующая формула:
, (2)
где (18О / 16О)1 – соотношение изотопов кислорода в пробе, (18О / 16О)2 – соотношение изотопов кислорода в стандартном образце.
В расчете использовали измеренные значения интенсивности сигналов молекул углекислого газа с массами 46 и 44. Для контроля правильности результатов важно проведение одновременной коррекции значений интенсивности сигнала для исключения возможного влияния изобар 12С17О17О и 13С17О16О, доля которых определяется по активности сигнала по массе 45 с учетом степени распределения изотопов 13С и 17О в природе (соответственно 1,11 и 0,0375%).
Результаты исследования 34 образцов представлены в табл.2. Измерения проводили согласно вышеописанному методу в трех повторностях. При этом учитывали результаты трех измерений, зарегистрированных в пиках № 12–14 модуля экспериментальных данных (рис.6). Для каждой серии рассчитывали уровень погрешности (неопределенности) измерений (U) с использованием соответствующих значений относительного стандартного отклонения серии измерений (RSD), коэффициента охвата k = 2 при уровне доверительной вероятности Р = 95% в соответствии с рекомендациями [3].
С учетом особенностей метода изотопного уравновешивания и инструментальных решений, применяемых для его реализации, значения δ18ОVSMOW (‰), рассчитываемые по результатам зарегистрированных сигналов по массам 44 и 46, подвергали дополнительной корректировке, так называемой "нормализации". Для этого применяли линейную зависимость между значениями показателя δ18ОVSMOW используемых МСО (VSMOW2, GISP, SLAP2), которые установлены в МАГАТЭ, и значениями, измеренными для указанных МСО, в каждой серии измерений. Нормализованные значения δ18ОVSMOW для исследуемых проб рассчитывали по уравнению линейной регрессии для соответствующей серии измерений и применяли при интерпретации результатов и составлении выводов исследования.
Выводы
Стабильные изотопы кислорода 18О / 16О в винограде и винах Крыма
Практическая реализация проекта РФФИ № 15-34-51208 позволила впервые провести фундаментальные исследования биологического фракционирования стабильных изотопов кислорода (18О / 16О) в биологической (внутриклеточной) воде покрытосеменных двудольных растений С3-пути фотосинтеза на примере винограда Vitis vinifera L. (subsp. sativa), выращиваемого в Крыму.
Обобщение всей совокупности количественных экспериментальных данных позволяет установить общий интервал изменения величины δ18ОVSMOW для биологической воды восьми сортов винограда и вина, изготовленного способом микровиноделия из шести сортов винограда урожая 2015 года – от 1,47 до 5,29‰ (табл.2). Результаты исследования шести образцов красного и белого вина промышленного изготовления хорошо коррелируют с данным интервалом (см. табл.2).
Масс-спектрометрический метод изотопного уравновешивания показал свою высокую селективность при измерении отношений изотопов кислорода 18О / 16О в винограде (сусле), вине и геологической воде. Несмотря на высокий уровень инструментального обеспечения, метод обладает несомненными преимуществами, к которым относятся простая подготовка пробы, высокая точность и достоверность измерений.
Геологическая вода
В рамках проекта РФФИ № 15-34-51208 получены экспериментальные данные о фракционном составе изотопов кислорода в геологической воде трех регионов Крыма: западном районе южнобережной зоны (южный берег Крыма), западном приморско-степном районе и западном предгорно-приморском районе.
Исследования состава изотопов кислорода проводились впервые в истории крымских метеорологических наблюдений, их результаты могут быть использованы для актуализации международной системы WISER****** МАГАТЭ ООН, поддерживающей глобальные справочные системы о фракционировании стабильных изотопов водорода и кислорода в осадках и поверхностных водах регионов мира (GNIP/GNIR*******). Российская Федерация – активный участник и полноправный член МАГАТЭ.
Результаты исследований величины δ18ОVSMOW, представленные в табл.2, показывают в трех образцах воды уровень фракционирования изотопов кислорода, характерных для геологической воды подземных источников – интервал от –10,85 до –8,14‰. Полученные сведения об изотопном фракционировании в геологической воде Крыма могут быть использованы для оценки влияния техногенных факторов (например, использование воды в производстве вин) на количественный уровень величины δ18ОVSMOW в промышленной продукции. Так, внесение геологической воды в винодельческую продукцию приведет к общему снижению доли "тяжелого" изотопа кислорода 18О и, соответственно, к снижению δ18ОVSMOW до уровня, характерного для внесенной воды.
Среднее значение δ18ОVSMOW в одном образце воды атмосферных осадков, отобранном в районе № 3 (западный район южнобережной зоны Крыма), составило –2,85‰, что согласуется с фундаментальной закономерностью фракционирования изотопов кислорода и водорода в водном цикле прибрежных зон морей и океанов субтропиков и тропиков. Теоретически возможные значения для δ18ОVSMOW (18О /1 6О) и δDVSMOW (2Н(D) / 1H) воды атмосферных осадков прибрежных зон относительно уровней данных величин для так называемой "среднеокеанической (морской) воды" (δ18О = 0‰, δD = 0‰) составят –3,0 и –14‰ соответственно. Из экспериментального значения δ18ОVSMOW наших исследований на основе уточненного уравнения Крейга******** можно получить расчетное значение величины δDVSMOW, которое для воды атмосферных осадков южнобережной зоны Крыма составит –12,37‰.
Прикладное значение результатов исследования
Широкий ассортимент отечественной и импортной винодельческой продукции на рынке не всегда отвечает возросшим требованиям, предъявляемым к ее качеству и безопасности. Необходимость постоянного совершенствования нормативной правовой базы требует использования современных фундаментальных и прикладных знаний о природе процессов и явлений, которые должны быть приняты во внимание. Очень важно практическое участие научных и экспертных ресурсов, применение прецизионного аналитического оборудования, методов исследования, позволяющих подтвердить с необходимой степенью достоверности не только соответствие продукции определенным требованиям к качеству, но и ее географическую принадлежность. Последнее приобретает особую актуальность после внедрения в Российской Федерации на законодательном уровне, например, таких понятий и наименований продуктов как "Вино с защищенным географическим указанием"******** или "Вино с защищенным наименованием места происхождения". Разработка и применение новых норм и требований к качеству винодельческой продукции, основанных на показателях состава стабильных изотопов легких элементов, должны максимально охватывать всю имеющуюся на настоящий момент базу знаний, сформированную по результатам отечественных и зарубежных исследований. Вопросам изучения состава изотопов кислорода в винограде и винах посвящен ряд публикаций [5–12].
Применение результатов проведенного исследования, в том числе общего интервала величины δ18ОVSMOW, например, в нормировании показателей качества винодельческой продукции, контрольно-надзорных и экспертных мероприятиях, производственной и торговой деятельности, а также в сфере оценки соответствия, возможно с учетом взаимосвязи полученных экспериментальных сведений с агроклиматическими условиями выращивания и сбора винограда в сезоне 2015 года. В определенной степени практическое значение, сфера и границы приложения полученных результатов зависят также от размера матрицы данных, пределы которой определяют сорта винограда, количество образцов и районов их отбора.
Литература
1.Севастьянов В.С. Изотопная масс-спектрометрия легких газообразующих соединений / Севастьянов В.С., Веливецкая Т.А., Игнатьев А.В., Кияшко С.И., Зякун А.М., Дилли О., Педенчук Н.А., Урюпин А.Б., Соболевский Т.Г., Прасолов И.С., Родченков Г.М., Буйкин А.И. – М.: Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН, 2011. 236 с.
2.Matthews D.E., Hayes J.M. Isotope ratio monitoring gas chromatography-mass-spectrometry // Analytical Chemistry, 1978. V. 50. Р. 1465–1473.
3.Wood R. Quality in the food analysis laboratory /
Wood R., Nilsson A., Wallin H. – Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 1998. Р. 142–147.
4.Craig H. Isotopic Variations in Meteoric Waters //
Science, 1961. Vol. 133. Р. 1702–1703.
5.Dunbar J. A Study of the Factors Affecting the 18O / 16O ratio of the Water of Wine // Zeitschrift fuer Lebensmittel-Untersuchung und – Forschung, 1982. V. 174. Р. 355–359.
6.Rossmann A. Stable oxygen isotope content of water of EU data-bank wines from Italy, France and Germany / Rossmann A., Reniero F., Moussa I., Schmidt H.-L., Versin G., Merle M.H. //
Zeitschrift fuer Lebensmittel-Untersuchung und – Forschung, 1999. V. 208. Р. 400–407.
7.Hermann A. Meteorological Impact on Oxygen Isotope Ratios of German Wines / Hermann A., Voerkelius S. // American Journal of Enology and Viticulture, 2008. V. 59:2. Р. 194–199.
8.Calderone G. Analysis of isotopic ratios for the detection of illegal watering of beverages /
Calderone G., Guillou C. // Food Chemistry, 2008. V. 106. Р. 1399–1405.
9.Gomez-Alonso S. Effect of irrigation and variety on oxygen (δ18O) and carbon (δ13C) stable isotope composition of grapes cultivated in a warm climate / Gomez-Alonso S., Garcia-Romero E. // Australian Journal of Grape and Wine Research, 2010. V. 16. Р. 283–289.
10.Колеснов А.Ю. Масс-спектрометрия стабильных изотопов кислорода 18O / 16O в винодельческой продукции для установления ее подлинности / Колеснов А.Ю., Филатова И.А., Задорожняя Д.Г., Малошицкая О.А. //
Виноделие и виноградарство. 2012. № 6.
С. 10–15.
11.Dordevic N. Detecting the addition of sugar and water to wine / Dordevic N., Camin F., Marianella R.M., Postma G.J., Buydens L.M.C., Wehrens R. // Australian Journal of Grape and Wine Research. 2013. V. 19. Р. 324–330.
12.Code of practice of the European Fruit Juice Association (2008–2014).
* Системы GC-Isolink, LC-Isolink, Gasbench, а также элементные анализаторы серии EA-Flash разработаны и производятся компанией ThermoScientific (США). В Российской Федерации это оборудование поставляется и обслуживается ЗАО "МС-Аналитика".
** Под биологической водой понимается внутриклеточная вода растительных объектов, специфичный изотопный состав которой определяет характер процессов метаболизма и водного обмена с окружающей средой, протекающих в растениях. Уникальной особенностью водного обмена, получившей название биологического изотопного эффекта, является обогащение высшими растениями внутриклеточной воды "тяжелым" изотопом кислорода 18О в ходе своего роста.
*** Под геологической понимается вода природных или искусственно созданных подземных или поверхностных объектов, используемых для промышленных целей в качестве источников питьевой и технологической воды, а также для снабжения населения питьевой водой. Специфичный уровень распределения изотопов кислорода в геологической воде определяют физические процессы (термодинамического и / или кинетического характера), протекающие в природных водных объектах, включая атмосферные процессы, связанные с испарением и выпадением осадков.
**** МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии.
***** Объемная доля этанола в исследуемых винах не должна превышать 20%.
****** WISER – Water Isotope System for Data Analysis, Visualization and Electronic Retrieval.
******* GNIP – Global Network of Isotopes in Precipitation; GNIR – Global Network of Isotopes in Rivers.
******** Уравнение Крейга (Craig) описывает зависимость между величинами δ18ОVSMOW и δDVSMOW для кислорода и водорода (дейтерия) в воде глобальных атмосферных осадков: δDVSMOW = = 8,13 × δ18ОVSMOW – 10,8 [4].
******** Федеральный закон от 22.11.1995 года № 171-ФЗ "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции".
Масс-спектрометрия изотопных отношений – одна из наиболее известных, теоретически и экспериментально обоснованных методологий. Она широко применяется в течение нескольких десятилетий в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, а также в формализованных системах аналитического контроля качества и безопасности продукции (оценка и подтверждение соответствия действующим нормативным и правовым требованиям).
Рассматривая хронологию развития и применения методологии можно отметить, что еще в 1926 году В.И.Вернадский указал на изотопию как на область, требующую самого пристального внимания ученых. Интенсивное развитие методов исследования стабильных изотопов началось в 1934 году после открытия дейтерия Х.Юри, за которое он получил Нобелевскую премию. После создания первого масс-спектрометра А.Ниром в 40-х годах прошлого века началось широкое применение масс-спектрометрии и совершенствование ее методических и инструментальных средств [1]. Масс-спектрометры с системой постоянного потока и измерения в инертном газе, как правило – гелии (continuos flow = CF), разработаны около 40 лет назад. Эти приборы произвели настоящую революцию в изотопных исследованиях. В базовой схеме системы, работающей по CF-принципу, исследуемый газ вводится в поток гелия, очищается в газовом хроматографе и непосредственно поступает в ионный источник масс-спектрометра. Первоначально газовый хроматограф служил только для очистки газа, но затем стал использоваться для выделения из матрицы пробы индивидуальных соединений с последующим их окислением и, если необходимо, восстановлением. При этом концентрация анализируемых веществ уменьшилась на несколько порядков [1–2]. Сегодня доступные инструментальные ресурсы позволяют существенно расширить возможности масс-спектрометрической CF-системы путем включения в нее не только газового хроматографа для выделения и очистки анализируемых веществ (например, хроматографическая система GC-Isolink)*, но и ВЭЖХ-хроматографа (например, LC-Isolink), комбинированного элементного анализатора для окислительно-восстановительного или пиролизного преобразования проб (например, приборы серии EA-Flash) и приборов для реализации метода изотопного уравновешивания (EQ-IRMS/SIRA). Для проведения исследований в Лаборатории фундаментальных и прикладных исследований качества технологий пищевых продуктов ФГБОУ ВПО "МГУПП" в 2015 году был использован масс-спектрометрический комплекс, включавший все перечисленные приборные конфигурации и методические опции (рис.1).
Образцы винограда, вина и воды
Исследования проводили на одиннадцати образцах восьми сортов винограда ("Токай", "Мускат белый", "Каберне Совиньон", "Кефесия", "Эким Кара", "Алиготе", "Бастардо" и "Буковинка"), выращиваемых в четырех виноградарских регионах Крыма: районе № 1 (западный приморско-степной район, село Ромашкино), районе № 2 (западный предгорно-приморский район, село Угловое), районе № 3 (западный район южнобережной зоны, поселок Ай-Даниль), и районе № 4 (восточный горно-долинный приморский район южнобережной зоны, село Морское). Образцы винограда были отобраны на виноградниках, общая площадь которых составила 571,8 га. Перечень исследованных образцов дополнили тринадцать образцов вина, полученных способом микровиноделия из шести сортов винограда из указанного выше ряда – "Токай", "Мускат белый", "Каберне Совиньон", "Кефесия", "Эким Кара", "Алиготе". Состав стабильных изотопов кислорода 18О / 16О впервые исследовали в биологической воде** – водной фракции всех образцов винограда и вина Крыма.
В программе было предусмотрено изучение состава стабильных изотопов кислорода 18О / 16О в четырех образцах геологической воды***, два из которых – вода, используемая для орошения виноградников в районах № 1 и 2, один – вода из природного источника, используемого для орошения виноградника в районе № 3, один – вода дождевых осадков. Отметим, что исследование состава стабильных изотопов кислорода в геологической воде проведено впервые в истории метеорологических наблюдений Крыма. В отдельном исследовании, проведенном вне рамок проекта РФФИ № 15-34-51208, с применением метода EQ-IRMS/SIRA, изучен состав изотопов кислорода 18О/16О в шести образцах виноматериалов, изготовленных в Крыму в промышленных условиях. Полный перечень образцов винограда, лабораторных и промышленных вин, а также образцов геологической воды, которые были исследованы методом EQ-IRMS/SIRA, приведен в табл.1.
Оборудование и материалы
Общие сведения о методе исследования
В основе метода EQ-IRMS/SIRA лежат фундаментальные знания о физических процессах термодинамического фракционирования (распределения) стабильных изотопов в природных системах – биотических и абиотических объектах. Постоянный обмен изотопами кислорода в природе происходит между жидкой и газовой фазами в процессе испарения воды. Интенсивность обмена является функцией времени, температуры и числа участвующих элементов. В закрытых системах с течением времени интенсивность обмена снижается до наступления определенного равновесного состояния, в котором скорости перехода изотопов одного элемента из жидкой в газовую фазу и обратно равны. Такое состояние называется изотопным равновесием системы. А метод, используемый для подготовки проб к исследованию отношений изотопов кислорода и основанный на данном физическом явлении, получил название "изотопное уравновешивание" (изотопный обмен).
Изотопный обмен до наступления равновесного состояния для закрытых систем, контролируемых по составу газовой фазы, температуре и длительности процесса, может быть представлен в виде следующего общего уравнения:
. (1)
Согласно уравнению (1) изотопный обмен происходит между молекулами углекислого газа, которые содержатся в закрытом объеме контролируемой газовой среды, и молекулами воды, в том числе входящей в состав исследуемого жидкого объекта. Так, например, в закрытой системе один атом кислорода с атомной массой 16 из молекулы углекислого газа 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 осуществить количественное определение изотопов кислорода 18О и 16О и рассчитать значение показателя δ18ОVSMOW для исследуемой пробы.
Материалы и оборудование
Исследования проводили на оборудовании, входившем в состав масс-спектрометрического комплекса (рис.1) и включавшем прибор изотопного уравновешивания / эквилибратор (рис.2), универсальный прибор для газовой хроматографии, отделения воды и управления газовыми потоками Gasbench II (рис.3), IRMS/SIRA масс-спектрометр Delta V Advantage (рис.4), компьютерную рабочую станцию Dell Optiplex 960 и инфраструктурное приспособление для фильтрации и подачи газов.
Использованы международные стандартные образцы (МСО) c известным составом изотопов кислорода 18О / 16О "Международный стандартный образец среднеокеанической воды VSMOW2" (Vienna-Standard Mean Ocean Water 2, δ18О = 0,00‰, МАГАТЭ****, Австрия), "Международный стандартный образец водных осадков ледяного покрова Гренландии GISP" (Greenland Ice Sheet Precipitation, δ18О = – 24,76‰, МАГАТЭ, Австрия) и "Международный стандартный образец легких водных осадков Антарктики SLAP2" (Standard Light Antarctic Precipitation 2, δ18О = – 55,50‰, МАГАТЭ, Австрия).
В качестве рабочего стандартного образца (РСО) применяли газообразный диоксид углерода высокой степени очистки 99,9999%, а также так называемый "продувочный" газ – гелий высокой степени очистки 99,9999%, содержащий 0,4% высокоочищенного диоксида углерода, газ-носитель – гелий высокой степени очистки (99,9999%).
Изотопное уравновешивание
Для проведения реакции изотопного уравновешивания (1) исследуемые образцы № 1–24 и 29–34 (табл.1) в трех повторностях в количестве 0,500 мл каждая вносили в круглодонные пробирки из боросиликатного стекла объемом 12 мл. Образцы геологической воды № 25–28 вносили в пробирки в количестве 0,200 мл. Пробирки герметично укупоривали одноразовой винтовой пробкой с тефлон-силиконовой мембраной (рис.5). В аналогичные пробирки отдельно вносили по 0,200 мл МСО воды VSMOW2, GISP и SLAP2.
Затем формировалась серия (группа) образцов, в которую входили необходимое количество пробирок с внесенными пробами и пробирки с МСО. Дополнительно в каждую серию включали пустую укупоренную пробирку (для контроля газовой смеси, используемой для замены воздушной атмосферы) и пробирки с внутренними лабораторными образцами воды (ВЛО).
Серию пробирок размещали в ячейках прибора изотопного уравновешивания (см. рис.2). Как правило, в первых и последних ячейках штатива для контроля дрифта показаний устанавливали пробирки с МСО и ВЛО. Для проведения реакции изотопного уравновешивания воздушную атмосферу внутри пробирок заменяли инертным газом – гелием, содержащим 0,4% РСО. Скорость потока газовой смеси до полного вытеснения атмосферного воздуха и создания в каждой пробирке контролируемой газовой среды была определена экспериментальным путем и составила 130 мл / мин, длительность замены – 10 мин. Результаты предварительных экспериментов по установлению длительности реакции изотопного уравновешивания показывают, что равновесное состояние в созданной закрытой системе наступает после выдержки образцов не менее 18 ч. При этом оптимальная температура проведения реакции 25,0оС (± 0,1оС), а коэффициент разделения изотопов кислорода между углекислым газом и водой равен 1,0412. Температура – один из основных факторов влияния на результат изотопного обмена. Стабильность температурного режима на протяжении всей реакции достигается не только применением прецизионных устройств, но и регулируемым понижением и сохранением температуры в помещении, где размещено аналитическое оборудование, на 5–10оС ниже температуры реакции изотопного обмена.
Измерение отношений изотопов кислорода 18О / 16О
После окончания реакции изотопного обмена (1) на следующем этапе предусмотрен отбор из газовой фазы каждой пробирки газовой смеси, которая подается в универсальный прибор для газовой хроматографии, отделения воды и управления газовыми потоками Gasbench II (см. рис.3).
Содержащая диоксид углерода с равновесным изотопным составом атомов кислорода газовая смесь в универсальном приборе подвергается первичной очистке для удаления молекул воды с помощью диффузионной системы на основе молекулярного мембранного сита Nafion, после чего направляется в систему газового хроматографа для выделения углекислого газа. Хроматографическое разделение газовых фракций происходит в потоке гелия (2 мл / мин) на колонке типа PLOT Fused Silica с неподвижной фазой марки CP-PoraPLOT, длиной 25 м и диаметром 0,32 мм (Varian, США). Температура хроматографического разделения газов составила 70оС, в то время как температура проб в штативе до окончания исследования поддерживалась на уровне 25оС (± 0,1оС). Универсальный прибор Gasbench II позволяет в процессе одного цикла измерения осуществлять многократную подачу газовой смеси из системы инжекции в хроматограф. Одна инжекция газовой смеси означает одно хроматографическое разделение и, соответственно, одно измерение количественного соотношения изотопов кислорода 18О и 16О в IRMS/SIRA-масс-спектрометре Delta V Advantage (см. рис.4). Перед подачей очищенных объемов углекислого газа в масс-спектрометр их подвергают дополнительной обработке в диффузионной системе Nafion для удаления возможного загрязнения газовой фракции молекулами воды.
Для количественного измерения состава изотопов кислорода 18О и 16О подготовленные объемы диоксида направляли в IRMS/SIRA-масс-спектрометр Delta V Advantage. Ускоряющее напряжение масс-спектрометра составило 3,07 кВ, рабочее давление в ионном источнике – 1,2 · 10–7 кПа. Генерацию ионизированных молекул углекислого газа проводили методом электронного удара (уровень энергии электронов составил 124 эВ). IRMS/SIRA-масс-спектрометр Delta V Advantage оснащен пятью детекторами – ионными ловушками ("чашками Фарадея"), три из которых осуществляют одновременный непрерывный мониторинг сигнала [CO2]+ для трех основных ионов с массами 44 (12С16О16О), 45 (13С16О16О и 12С17О16О) и 46 (12С16О18О). Для обеспечения значимого уровня сигнала резисторы отклика были настроены на значения 3 · 108, 3 · 1010 и 1 · 1011 Ом для масс 44, 45 и 46 соответственно. В начале каждого измерительного цикла в масс-спектрометр подавали по пять объемов РСО.
Регистрация, обработка результатов исследований, а также управление всеми приборами научного комплекса осуществляли через специализированную компьютерную рабочую станцию Dell Optiplex 960 и программный пакет высокого уровня Isodat 3.0. На рис.6 представлен типичный цифровой и графический модули регистрации и обработки данных измерения одной пробы, проведенного методом изотопного уравновешивания.
Отдельные теоретические аспекты применения метода EQ-IRMS/SIRA
Один из основных аспектов – оценка массового баланса протекающих процессов и, соответственно, расчет числа компонентов, участвующих в реакциях. В методе изотопного уравновешивания имеют значение объем газа и, в особенности, количество пробы, содержащей воду, так как окончательный результат работы – показатель δ18О – зависит от состава изучаемых изотопов газа и пробы.
В исследовании применяли пробы, содержащие воду и газы высокой степени очистки. Известно, что 1 М воды эквивалентен объему 18 мл, а 1 М идеального газа – 22,4 л. Объем пробирок (см. рис.5), в которых протекает реакция изотопного уравновешивания, составляет 12 мл. Он эквивалентен 0,0005357 М идеального газа. Гелий, содержащий 0,4% газообразного диоксида углерода, в методе изотопного уравновешивания мы рассматриваем как идеальный газ. Таким образом, количество газообразного диоксида углерода в объеме пробирки (12 мл) составит 0,000002679 М. Объем воды, равный, например, 1 мл, соответствует 1 / 18 М. При использовании данного объема концентрация атомов кислорода в водной фазе пробы в 10 тыс. раз превышает концентрацию атомов кислорода в газовой фазе. Этого количества более чем достаточно для инициирования и поддержания скорости реакции изотопного обмена вплоть до равновесного состояния, которое в конечном итоге обеспечивает эквивалентность изотопного состава жидкой и газовой фаз.
Таким образом, в реакции изотопного обмена, для реализации которой используется 1 мл или даже от 0,200 (в случае чистой воды, например, МСО или ВЛО) до 0,500 мл (в случае любого объекта, содержащего растворенные сухие вещества, например, сусло и вино*****) жидкой пробы, расчет массового баланса не является обязательным.
Результаты исследования
Результаты исследования отношений стабильных изотопов кислорода 18О / 16О выражали в виде величины δ18ОVSMOW в промиллях (‰). Расчет значений δ18ОVSMOW осуществляли непосредственно в процессе регистрации и обработки данных программным пакетом Isodat 3.0. В основе расчета лежит следующая формула:
, (2)
где (18О / 16О)1 – соотношение изотопов кислорода в пробе, (18О / 16О)2 – соотношение изотопов кислорода в стандартном образце.
В расчете использовали измеренные значения интенсивности сигналов молекул углекислого газа с массами 46 и 44. Для контроля правильности результатов важно проведение одновременной коррекции значений интенсивности сигнала для исключения возможного влияния изобар 12С17О17О и 13С17О16О, доля которых определяется по активности сигнала по массе 45 с учетом степени распределения изотопов 13С и 17О в природе (соответственно 1,11 и 0,0375%).
Результаты исследования 34 образцов представлены в табл.2. Измерения проводили согласно вышеописанному методу в трех повторностях. При этом учитывали результаты трех измерений, зарегистрированных в пиках № 12–14 модуля экспериментальных данных (рис.6). Для каждой серии рассчитывали уровень погрешности (неопределенности) измерений (U) с использованием соответствующих значений относительного стандартного отклонения серии измерений (RSD), коэффициента охвата k = 2 при уровне доверительной вероятности Р = 95% в соответствии с рекомендациями [3].
С учетом особенностей метода изотопного уравновешивания и инструментальных решений, применяемых для его реализации, значения δ18ОVSMOW (‰), рассчитываемые по результатам зарегистрированных сигналов по массам 44 и 46, подвергали дополнительной корректировке, так называемой "нормализации". Для этого применяли линейную зависимость между значениями показателя δ18ОVSMOW используемых МСО (VSMOW2, GISP, SLAP2), которые установлены в МАГАТЭ, и значениями, измеренными для указанных МСО, в каждой серии измерений. Нормализованные значения δ18ОVSMOW для исследуемых проб рассчитывали по уравнению линейной регрессии для соответствующей серии измерений и применяли при интерпретации результатов и составлении выводов исследования.
Выводы
Стабильные изотопы кислорода 18О / 16О в винограде и винах Крыма
Практическая реализация проекта РФФИ № 15-34-51208 позволила впервые провести фундаментальные исследования биологического фракционирования стабильных изотопов кислорода (18О / 16О) в биологической (внутриклеточной) воде покрытосеменных двудольных растений С3-пути фотосинтеза на примере винограда Vitis vinifera L. (subsp. sativa), выращиваемого в Крыму.
Обобщение всей совокупности количественных экспериментальных данных позволяет установить общий интервал изменения величины δ18ОVSMOW для биологической воды восьми сортов винограда и вина, изготовленного способом микровиноделия из шести сортов винограда урожая 2015 года – от 1,47 до 5,29‰ (табл.2). Результаты исследования шести образцов красного и белого вина промышленного изготовления хорошо коррелируют с данным интервалом (см. табл.2).
Масс-спектрометрический метод изотопного уравновешивания показал свою высокую селективность при измерении отношений изотопов кислорода 18О / 16О в винограде (сусле), вине и геологической воде. Несмотря на высокий уровень инструментального обеспечения, метод обладает несомненными преимуществами, к которым относятся простая подготовка пробы, высокая точность и достоверность измерений.
Геологическая вода
В рамках проекта РФФИ № 15-34-51208 получены экспериментальные данные о фракционном составе изотопов кислорода в геологической воде трех регионов Крыма: западном районе южнобережной зоны (южный берег Крыма), западном приморско-степном районе и западном предгорно-приморском районе.
Исследования состава изотопов кислорода проводились впервые в истории крымских метеорологических наблюдений, их результаты могут быть использованы для актуализации международной системы WISER****** МАГАТЭ ООН, поддерживающей глобальные справочные системы о фракционировании стабильных изотопов водорода и кислорода в осадках и поверхностных водах регионов мира (GNIP/GNIR*******). Российская Федерация – активный участник и полноправный член МАГАТЭ.
Результаты исследований величины δ18ОVSMOW, представленные в табл.2, показывают в трех образцах воды уровень фракционирования изотопов кислорода, характерных для геологической воды подземных источников – интервал от –10,85 до –8,14‰. Полученные сведения об изотопном фракционировании в геологической воде Крыма могут быть использованы для оценки влияния техногенных факторов (например, использование воды в производстве вин) на количественный уровень величины δ18ОVSMOW в промышленной продукции. Так, внесение геологической воды в винодельческую продукцию приведет к общему снижению доли "тяжелого" изотопа кислорода 18О и, соответственно, к снижению δ18ОVSMOW до уровня, характерного для внесенной воды.
Среднее значение δ18ОVSMOW в одном образце воды атмосферных осадков, отобранном в районе № 3 (западный район южнобережной зоны Крыма), составило –2,85‰, что согласуется с фундаментальной закономерностью фракционирования изотопов кислорода и водорода в водном цикле прибрежных зон морей и океанов субтропиков и тропиков. Теоретически возможные значения для δ18ОVSMOW (18О /1 6О) и δDVSMOW (2Н(D) / 1H) воды атмосферных осадков прибрежных зон относительно уровней данных величин для так называемой "среднеокеанической (морской) воды" (δ18О = 0‰, δD = 0‰) составят –3,0 и –14‰ соответственно. Из экспериментального значения δ18ОVSMOW наших исследований на основе уточненного уравнения Крейга******** можно получить расчетное значение величины δDVSMOW, которое для воды атмосферных осадков южнобережной зоны Крыма составит –12,37‰.
Прикладное значение результатов исследования
Широкий ассортимент отечественной и импортной винодельческой продукции на рынке не всегда отвечает возросшим требованиям, предъявляемым к ее качеству и безопасности. Необходимость постоянного совершенствования нормативной правовой базы требует использования современных фундаментальных и прикладных знаний о природе процессов и явлений, которые должны быть приняты во внимание. Очень важно практическое участие научных и экспертных ресурсов, применение прецизионного аналитического оборудования, методов исследования, позволяющих подтвердить с необходимой степенью достоверности не только соответствие продукции определенным требованиям к качеству, но и ее географическую принадлежность. Последнее приобретает особую актуальность после внедрения в Российской Федерации на законодательном уровне, например, таких понятий и наименований продуктов как "Вино с защищенным географическим указанием"******** или "Вино с защищенным наименованием места происхождения". Разработка и применение новых норм и требований к качеству винодельческой продукции, основанных на показателях состава стабильных изотопов легких элементов, должны максимально охватывать всю имеющуюся на настоящий момент базу знаний, сформированную по результатам отечественных и зарубежных исследований. Вопросам изучения состава изотопов кислорода в винограде и винах посвящен ряд публикаций [5–12].
Применение результатов проведенного исследования, в том числе общего интервала величины δ18ОVSMOW, например, в нормировании показателей качества винодельческой продукции, контрольно-надзорных и экспертных мероприятиях, производственной и торговой деятельности, а также в сфере оценки соответствия, возможно с учетом взаимосвязи полученных экспериментальных сведений с агроклиматическими условиями выращивания и сбора винограда в сезоне 2015 года. В определенной степени практическое значение, сфера и границы приложения полученных результатов зависят также от размера матрицы данных, пределы которой определяют сорта винограда, количество образцов и районов их отбора.
Литература
1.Севастьянов В.С. Изотопная масс-спектрометрия легких газообразующих соединений / Севастьянов В.С., Веливецкая Т.А., Игнатьев А.В., Кияшко С.И., Зякун А.М., Дилли О., Педенчук Н.А., Урюпин А.Б., Соболевский Т.Г., Прасолов И.С., Родченков Г.М., Буйкин А.И. – М.: Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН, 2011. 236 с.
2.Matthews D.E., Hayes J.M. Isotope ratio monitoring gas chromatography-mass-spectrometry // Analytical Chemistry, 1978. V. 50. Р. 1465–1473.
3.Wood R. Quality in the food analysis laboratory /
Wood R., Nilsson A., Wallin H. – Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 1998. Р. 142–147.
4.Craig H. Isotopic Variations in Meteoric Waters //
Science, 1961. Vol. 133. Р. 1702–1703.
5.Dunbar J. A Study of the Factors Affecting the 18O / 16O ratio of the Water of Wine // Zeitschrift fuer Lebensmittel-Untersuchung und – Forschung, 1982. V. 174. Р. 355–359.
6.Rossmann A. Stable oxygen isotope content of water of EU data-bank wines from Italy, France and Germany / Rossmann A., Reniero F., Moussa I., Schmidt H.-L., Versin G., Merle M.H. //
Zeitschrift fuer Lebensmittel-Untersuchung und – Forschung, 1999. V. 208. Р. 400–407.
7.Hermann A. Meteorological Impact on Oxygen Isotope Ratios of German Wines / Hermann A., Voerkelius S. // American Journal of Enology and Viticulture, 2008. V. 59:2. Р. 194–199.
8.Calderone G. Analysis of isotopic ratios for the detection of illegal watering of beverages /
Calderone G., Guillou C. // Food Chemistry, 2008. V. 106. Р. 1399–1405.
9.Gomez-Alonso S. Effect of irrigation and variety on oxygen (δ18O) and carbon (δ13C) stable isotope composition of grapes cultivated in a warm climate / Gomez-Alonso S., Garcia-Romero E. // Australian Journal of Grape and Wine Research, 2010. V. 16. Р. 283–289.
10.Колеснов А.Ю. Масс-спектрометрия стабильных изотопов кислорода 18O / 16O в винодельческой продукции для установления ее подлинности / Колеснов А.Ю., Филатова И.А., Задорожняя Д.Г., Малошицкая О.А. //
Виноделие и виноградарство. 2012. № 6.
С. 10–15.
11.Dordevic N. Detecting the addition of sugar and water to wine / Dordevic N., Camin F., Marianella R.M., Postma G.J., Buydens L.M.C., Wehrens R. // Australian Journal of Grape and Wine Research. 2013. V. 19. Р. 324–330.
12.Code of practice of the European Fruit Juice Association (2008–2014).
* Системы GC-Isolink, LC-Isolink, Gasbench, а также элементные анализаторы серии EA-Flash разработаны и производятся компанией ThermoScientific (США). В Российской Федерации это оборудование поставляется и обслуживается ЗАО "МС-Аналитика".
** Под биологической водой понимается внутриклеточная вода растительных объектов, специфичный изотопный состав которой определяет характер процессов метаболизма и водного обмена с окружающей средой, протекающих в растениях. Уникальной особенностью водного обмена, получившей название биологического изотопного эффекта, является обогащение высшими растениями внутриклеточной воды "тяжелым" изотопом кислорода 18О в ходе своего роста.
*** Под геологической понимается вода природных или искусственно созданных подземных или поверхностных объектов, используемых для промышленных целей в качестве источников питьевой и технологической воды, а также для снабжения населения питьевой водой. Специфичный уровень распределения изотопов кислорода в геологической воде определяют физические процессы (термодинамического и / или кинетического характера), протекающие в природных водных объектах, включая атмосферные процессы, связанные с испарением и выпадением осадков.
**** МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии.
***** Объемная доля этанола в исследуемых винах не должна превышать 20%.
****** WISER – Water Isotope System for Data Analysis, Visualization and Electronic Retrieval.
******* GNIP – Global Network of Isotopes in Precipitation; GNIR – Global Network of Isotopes in Rivers.
******** Уравнение Крейга (Craig) описывает зависимость между величинами δ18ОVSMOW и δDVSMOW для кислорода и водорода (дейтерия) в воде глобальных атмосферных осадков: δDVSMOW = = 8,13 × δ18ОVSMOW – 10,8 [4].
******** Федеральный закон от 22.11.1995 года № 171-ФЗ "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции".
Отзывы читателей
