一种用纳米陶瓷小球纯化白酒的方法

一种用纳米陶瓷小球纯化白酒的方法目 录摘要31引言 42实验方法 52.1实验原理 52.2研究过程 62.3实验仪器及材料 72.4 实验条件72.5 实验步骤72.5.1白酒口味和香气的变化 72.5.2白酒中各成分变化实验 72.5.3 模拟白酒中单个有机物成分变化实验 82.5.4纳米陶瓷小球的结构及吸附作用 83. 结果与讨论103.1白酒口味和香气的变化113.2白酒中各化学成分的变化 113.3模拟白酒中单个有机物成分的变化223.4纳米陶瓷小球对白酒纯化作用的比较研究243.5纳米陶瓷小球的结构及吸附、氧化作用264.结论与展望 374.1结论374.2展望38致谢 39参考文献 40研究后记 41附件 43摘 要在目前市场上出售净水器的滤芯中，出现了一种新型纳米材料纳米陶瓷小球，它主要作用是对水进行活化、净化甚至还可以杀菌。而由于水分子与乙醇分子都是极性分子，故选用它来处理主要成分为水和乙醇的白酒，使质量普通的白酒得到纯化。选取市售普通低档的八种白酒（家福春、邵阳老酒、尖装、红星二锅头、泸州老窖、老掌柜、牛栏山二锅头、九江双蒸白酒），每种白酒各取两份，再将其中一份白酒加入陶瓷小球作为样品液，另一份不作处理以原液作为对照。分别将原液和样品液放置24小时及240小时后用气相色谱仪测定两份其成分，发现白酒中仲丁醇、乙缩醛、丁酸乙酯、己酸乙酯、乙醛、乙酸乙酯等物质的百分含量均发生了不同程度的变化。为了进一步证明实验结果，将少许仲丁醇、乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯溶液分别加入无水乙醇：水1：1模拟白酒的溶液中，把加入陶瓷小球的溶液与未加小球的溶液进行对比，结果表明各个物质的百分含量也都发生了明显的变化。分析小陶瓷球的结构特性以及它对白酒产生影响的原因，我们从纳米陶瓷小球可以使染料亚甲蓝褪色及紫外吸收曲线中发现该小球具有吸附及氧化性能，它可以在水中放出氧负离子，从而将白酒中的一些有机化合物氧化成二氧化碳和水，该项研究成果可为白酒的纯化提供一种新的技术。关键词：纳米陶瓷小球 白酒 纯化气相色谱 吸附及氧化性 1引言随着纳米科技的发展，纳米材料在人们生活中的使用率也越来越高1。目前，市面上出现了许多不同类型的纳米陶瓷小球，其主要应用在饮用水的处理中。大量研究事实证明 ，纳米陶瓷小球可以活化水，能杀菌，使水得到净化，对人体的健康具有良好的保健作用2，这项技术已经应用在目前市场销售的净水器上。 水分子与乙醇分子都是极性分子，利用市场销售的净水器上使用的纳米陶瓷小球(主要成分是电气石及其它纳米材料，如TiO2、ZnO等，但与单纯的TiO2、ZnO等的纳米材料在性质有着较大的区别3)处理主要成分为水和乙醇的白酒，是否具有类似于水的效果，对酒中的有机物有无作用呢？白酒是我国独有的传统产品，酒文化作为一种特殊的文化形式，在中国传统文化中具有非常重要的地位。好的白酒往往入口绵甜、香气浓郁而普通白酒在口感或香气上往往都会稍差一筹，这主要跟酒中的成分和各种成分的比例有关。比如说过多的异戊醇、异丁醇、正丁醇和丙醇会使白酒变得略带苦涩，容易引起饮者晕眩（俗称“上头”）；总醛量过高会使白酒风味变差，甚至引起失明，影响消费者的健康；酸类含量过高酒体会粗糙、不够柔和、圆润，香气带明显脂肪臭或油味4。为了提高白酒的质量，日本发明了一种新型仪器，它可以使白酒由劣变好。但是此种仪器构造复杂，造价昂贵，至今只是在发达国家中使用，相比之下，陶瓷小球的造价低廉，且已经在市场中广泛使用，假若可以用陶瓷纳米小球来处理白酒，此项技术会更加方便实用5。经过文献检索以及网上搜索，尚未发现将纳米陶瓷小球应用在白酒处理中，那么它是否可以净化白酒，使白酒的品质提升呢？为此我进行了实验研究。 2实验方法2.1实验原理要通过白酒来解决研究纳米陶瓷小球氧化作用的问题，我们首先要将白酒的化学成分测定出来，一般来说，白酒的化学成分主要有乙醛、甲醇、乙醇、乙酸乙脂、正丙醇、乙缩醛、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、异戊醇、乳酸乙脂、己酸乙脂等组成，这些成分都是沸点较低的、易挥发的液体，因此使用气相色谱可以将以上化学成分全部测定出来，但需要专门的色谱柱，该柱应具有非常良好的分离功能，现在白酒专用柱已经开发出来，供各大酒厂使用，主要用于白酒生产的质量控制。测定所使用的标准品是上述各种醇、醛、酯等化合物组成的混合样，每个混合样附带该白酒分析柱测定的标准气相色谱图及相关分析条件，使用者可以按照给定的分析条件对样品进行直接测定，根据每个化合物的保留时间，来确定样品中微量的化学成分，如下表所示:混合样中各种标准物质的保留时间乙醛 甲醇 乙醇 乙酸乙酯 正丙醇 仲丁醇 乙缩醛 0.952 0.792 0.924 1.500 1.817 2.092 2.384异丁醇 正丁醇 丁酸乙酯 异戊醇 乳酸乙酯 己酸乙酯 2.636 3.438 4.254 5.389 8.886 15.360对白酒进行分析时，就可以把实际样品中各种化合物的保留时间和上表中标准时间进行对照，从而确定各种白酒样品中所含的化学成分。因此，使用上述方法就能分析出纳米陶瓷小球处理后的白酒所发生的化学成分的变化。从白酒的成分变化中可以初步断定纳米陶瓷小球的性质作用，再用氧气检测仪检测纳米陶瓷小球是否真正具有氧化作用及氧化性。2.2研究过程首先，将纳米陶瓷小球放入取出定量的白酒中。 其次，寻找24个过去很少接触过白酒的人，做白酒口感和香气品尝实验。然后，用气相色谱分析白酒中各个成分的变化，再测定模拟白酒中单个成分的变化，在解释其变化原因方面，我先用扫描电镜观测出纳米陶瓷小球表面及内部结构，再用纳米陶瓷小球处理亚甲兰，并观察其推测情况；然后把纳米陶瓷小球与H2O2做比较，得出纳米陶瓷小球的氧化性，最后用空气负离子检测仪检测出空气负离子量及用溶氧仪测定纳米陶瓷小球在水中的放氧量，进一步证明纳米陶瓷小球的氧化作用可以改变白酒中微量化学成分，从而导致白酒口味和香气变化的实验结果。实验用的纳米陶瓷小球 实验仪器及药品 样品取样 将药品加到气相色谱仪中 调整气相色谱仪实验参数2.3实验仪器及材料主要仪器：气相色谱仪（上海天美分析仪器厂 7850 型）；扫描电镜（日立，S-520型）；紫外分光光度计（日本导津UV-2550）负离子测定仪（日本ECO-HOLISTIC公司，RS-232C），便携式溶氧仪（上海精密科学仪器有限公司JPB-607型）；白酒分析柱（中科安泰 柱长：2m 内径：3mm）；1mL 、10mL微量注射器各一支； 锥形瓶若干个。材料：纳米陶瓷小球（内蒙古新园陶瓷厂，直径23mm，用于饮用水处理）；家福春、邵阳老酒、尖庄、红星二锅头、泸州老窖、老掌柜、牛栏山二锅头、九江双蒸（市售）。试剂：无水乙醇、仲丁醇、丁酸乙酯、己酸乙酯、乙醛、乙酸乙酯（色谱醇）。2.4实验条件色谱工作条件：柱温：110 汽化温度：150 检测温度：1502.5 实验步骤2.5.1 白酒口味和香气的变化选择目前市场上出售的家福春、邵阳老酒、尖庄、红星二锅头、泸州老窖、老掌柜、牛栏山二锅头、九江双蒸等白酒作为测试样品，选取24位华南师范大学化学与环境学院化学教育专业大二不会喝酒的学生作为测试对象，对处理24小时后白酒的口味的变化进行品尝测试。2.5.2白酒中各成分变化实验 用三角锥瓶分别取同种白酒样品两份，每份10g，其中一份加入10g纳米陶瓷小球，另一份不加，分别放置24小时和240小时，将两份白酒样品分别用滤膜过滤后，各取1L，按上述实验条件，用气相色谱仪进行测定。2.5.3 模拟白酒中单个有机物成分变化实验2.5.3.1乙酸乙酯成分变化用三角锥瓶分别取用5g乙醇和5g水，再加入乙酸乙酯0.05g，其中一份加入10g纳米陶瓷小球，另份不加，分别放置24小时、48小时和96小时，将两份样品分别用滤膜过滤后，各取1L，按上述实验条件，用气相色谱仪进行测定。2.5.3.2仲丁醇成分变化 用三角锥瓶分别取用5g乙醇和5g水，再加入仲丁醇0.05g，其中一份加入10g纳米陶瓷小球，另份不加，分别放置24小时、48小时和96小时，将两份样品分别用滤膜过滤后，各取1L，按上述实验条件，用气相色谱仪进行测定。2.5.3.3丁酸乙酯成分变化用三角锥瓶分别取用5g乙醇和5g水，再加入丁酸乙酯0.05g，其中一份加入10g纳米陶瓷小球，另份不加，分别放置24小时、48小时和96小时，将两份样品分别用滤膜过滤后，各取1L，按上述实验条件，用气相色谱仪进行测定。2.5.3.4己酸乙酯成分变化用三角锥瓶分别取用5g乙醇和5g水，再加入己酸乙酯0.05g，其中一份加入10g纳米陶瓷小球，另份不加，分别放置24小时、48小时和96小时，将两份样品分别用滤膜过滤后，各取1L，按上述实验条件，用气相色谱仪进行测定。2.5.4纳米陶瓷小球的结构及吸附、氧化作用2.5.4.1纳米陶瓷小球的结构研究 将选择一定数量的纳米陶瓷小球，用小刀将其切成两半，然后分别进行固定，在真空状态下喷金后，使用扫描电镜观察小球的表面及内部的微观结构。2.5.4.2纳米陶瓷小球的吸附及氧化性能 为了证明纳米陶瓷小球的吸附及氧化作用，我们将纳米陶瓷小球加入到蓝色的亚甲蓝溶液中，观察亚甲兰的褪色情况，以形象地考查其吸附氧化性能，为此将亚甲兰配成浓度为0.002%溶液，然后将分子筛、纳米陶瓷小球，分别以纳米陶瓷小球：亚甲蓝溶液按重量比1：2、1：4、1：6、1：8四种比例混合，分子筛：亚甲蓝溶液按重量比1：2比例，以未加陶瓷小球亚甲兰溶液作为对照，同时放置0、5、10、20、40、80、120、160、200小时，用照相机拍摄其不同时间的颜色变化。2.5.4.3纳米陶瓷小球的氧化性证明实验 取亚甲兰原液、纳米陶瓷小球的处理液（5h 、40h，1:2两份）及H2O2处理液（5%）四份溶液，在100800nm波长范围内，用紫外分光光度计测定溶液的紫外吸收曲线。2.5.4.4纳米陶瓷小球与分子筛氧负离子浓度比较 为了进一步证明纳米陶瓷小球氧化性能的强弱，为此我将分子筛和纳米陶瓷小球分别加入到塑料小杯中，取相同体积，其中两份不加水，两份加相同体积的少量水，使用氧负离子测定仪每隔10s测定一次，共测定10次，测定两种小球在无水、有水存在下氧负离子的浓度。2.5.4.5纳米陶瓷小球的放氧量 为了进一步考查纳米陶瓷小球氧化性能的强弱，我们将纳米陶瓷小球加入水中，测定其放氧量，为此我们按照以下配比：纳米陶瓷小球140.4g +330mL蒸馏水、纳米陶瓷小球30g +360mL蒸馏水、纳米陶瓷小球18.6g +360mL蒸馏水放置一段时间然后放入冰箱中，在低温下用便携式溶氧仪测定纳米陶瓷小球的放氧量。3 结果与讨论3.1白酒口味和香气的变化由于在研究纳米陶瓷小球对白酒产生作用的同时，无意中发现纳米陶瓷小球还可以改变白酒的口感和香气。我选择了目前市场上出售的家福春、邵阳老酒、尖庄、红星二锅头、泸州老窖、老掌柜、牛栏山二锅头、九江双蒸等白酒作为测试样品,经过查找相关资料，权威人士认定白酒在口味和香气上，主要有躁辣、冲鼻、苦、酸、甜和涩等表现，就以这几点作为白酒口味或香气变化的标志。因为受条件限制无法准确地测试出白酒口味和香气的变化，为了使实验更加具有说服力，我选取了24位华南师范大学化学与环境学院化学教育专业大二很少喝酒的学生作为测试对象，每3位学生品尝1种白酒，针对处理前后白酒的口味的变化进行品尝测试，比较同一品牌处理前后的白酒，哪种香气或口感在白酒中表现更明显，则在相应的空格中打勾。测试的结果如下表所示：表1. 未处理空白酒样香气、口味品种/香气、口味家福春邵阳老酒尖庄红星泸州老窖老掌柜牛栏山九江双蒸躁辣冲鼻苦酸甜涩表2. 已处理酒样香气、口味品种/香气、口味家福春邵阳老酒尖庄红星泸州老窖老掌柜牛栏山九江双蒸躁辣冲鼻苦酸甜涩我们发现，将纳米陶瓷小球放入白酒处理一段时间，白酒的风味出现了一定的变化，未处理样品有六种酒出现躁辣气味，处理后只有五种还保留原来的气味，减少了一种，冲鼻的气味减少更加明显，原来有七种酒有冲鼻味道，现在只剩下两种，口味的变化也比较明显，苦味酒的数量有原来的三种减少为现在的两种，而甜味增加更大，由原来的两种增加为六种，涩味也由原来的三种减少为现在的两种，总之，白酒在处理前后的确香气和口味发生了很大的变化，躁辣、冲鼻的气味及苦、酸、涩口味有一定程度的减少，而白酒甘甜口味明显增加，说明白酒之中某些化学成分可能发生一定程度的变化而导致酒的气味、口味的变化，那么酒的化学成分究竟出现哪些变化？如何测定这些变化哪?3.2白酒中各化学成分的变化3.2.1八种白酒化学成分的普遍变化我们选取比较家福春、邵阳老酒、尖庄、红星二锅头、泸州老窖、老掌柜、牛栏山二锅头、九江双蒸作为测试样品，分别在24小时、240小时后，将用纳米陶瓷小球处理过的样品和未用纳米陶瓷小球处理过的空白样品进行测定，选择化学成分变化较大的乙醛、乙酸乙酯、正丙醇、乙缩醛、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、异戊醇、丁酸乙酯、己酸乙酯作为分析对象，比较处理前后百分含量变化的情况。实验结果如下：表3. 24小时处理前后样品中各种化学成分百分含量 样品成分家福春 邵阳 尖庄 红星 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后乙醛乙酸乙酯 正丙醇乙缩醛正丁醇异丁醇仲丁醇异戊醇丁酸乙酯己酸乙酯乳酸乙酯 7.1767 1.6737 0.7285 0.6253 0.0127 0.3770 1.2746 0.8805 4.3925 3.8078 0.3928 0.4154 3.0803 15.346 0.4632 0.1633 0.7247 0.3006 0.3194 0.2733 0.5770 0.5589 0.1454 0.1557 0.0340 0.0033 0.0598 0.0717 0.8825 0.8763 0.3374 0.2644 0.0244 0.0302 0.3934 0 0.2783 0.3273 1.8022 1.8390 0.6167 0.2379 0.4935 0.5113 0.9134 0.5306 3.1009 0.7354 4.5450 1.7042 2.4745 0.0042 0.8670 0.9366 1.0976 1.088 表4. 24小时处理前后样品中各种化学成分百分含量 样品成分泸州 老掌柜 牛栏山 九江处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后乙醛乙酸乙酯 正丙醇乙缩醛正丁醇异丁醇仲丁醇异戊醇丁酸乙酯己酸乙酯乳酸乙酯 0.2018 0.1733 1.7168 6.5831 3.8456 1.8707 7.2894 5.0723 0.6265 0.2901 0.0620 0.0000 1.3556 0.7404 2.9488 2.0370 0.0625 0.3394 0.5133 0.1069 0.7617 0.6105 0.2656 0.15380.0175 0.0330 0.1612 0.0193 6.9514 5.0316 0.0390 0.3531 2.5433 0.4191 0.3824 0.1267 0.4862 0.1267 0.1899 0.1701 0.3444 0.4091 0.3197 0.2253 1.8047 0.8780 1.0916 0.9866 0.0000 0.0560 0.0000 4.6224 7.6740 4.7598 0.0526 0.0000 0.0000 1.5760 3.2014 3.9287 0.6301 0.5608 1.4492 1.4098表5. 240小时处理前后样品中各种化合物的百分含量 样品成分家福春 邵阳 尖庄 红星 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后乙醛乙酸乙酯 正丙醇乙缩醛正丁醇异丁醇仲丁醇异戊醇丁酸乙酯己酸乙酯乳酸乙酯 0.3978 0.1466 0.7439 0.1090 0.6623 0.08696 1.400 0.0000 0.3514 0.3726 3.4086 2.4051 0.1381 0.0280 0.4486 0.1114 0.07043 0.01189 0.1501 0.0000 1.0362 0.8755 0.03530 0.02680 0.4198 0.00000.2958 0.02666 0.4080 0.0000 0.6473 0.4453 0.4148 0.3456 0.0000 0.32420.05084 0.05475 0.5336 0.02286 0.2960 0.3034 2.1189 1.86272.4215 1.2434 3.9331 3.4152 0.7351 0.0000 0.8543 0.9303 1.3199 1.0790 表6. 240小时处理前后样品中各种化学成分百分含量 样品成分泸州 老掌柜 牛栏山 九江处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后乙醛乙酸乙酯 正丙醇乙缩醛正丁醇异丁醇仲丁醇异戊醇丁酸乙酯己酸乙酯乳酸乙酯 0.1522 0.0000 0.1695 0.0000 1.8765 1.5069 3.3206 0.0000 5.5584 5.5248 1.1535 0.6432 0.0000 0.0740 1.9132 2.2442 0.3282 0.0000 0.0990 0.0000 0.7492 0.7672 3.9647 2.266 0.2747 0.2712 0.1682 0.0000 0.03980 0.03754 0.8556 1.1407 0.1899 0.0000 0.3554 0.3373 0.5868 0.0232 0.2532 0.3414 0.4632 0.2186 0.1605 0.2410 1.1469 0.32160.5252 0.4757 0.9445 0.4757 1.0909 1.7932 3.7069 3.13037.6041 3.0586 6.7601 3.0586 0.2715 0.22311.7204 1.7969 3.5537 1.9934 1.0895 1.0625 1.84846 1.1962从表36中，我们可以明显看到，将白酒用纳米陶瓷小球处理之后，酒中所含的微量化学成分的含量均发生了不同程度的变化，除个别成分在处理前后略有增加之外，大多数成分的百分含量整体上呈下降趋势。即白酒中的微量成分酯、醇、醛等成分都随着处理时间的延长有一定程度的下降，和前面的实验中白酒口感和香气所观察到的实验现象基本上是相互一致的。我们选取两种白酒即家福春、邵阳老酒作为讨论对象，将用纳米陶瓷小球处理过的和未用纳米陶瓷小球处理过的空白进行比较，通过色谱图和表格来更直观、更详细讨论其含量变化的情况，实验结果如下：3.2.2 “家福春”化学成分发生的变化3.2.2.1 “家福春”样品24小时后变化 从色谱峰和图表中我们可以知道，经纳米陶瓷小球处理的白酒的化学成分和空白原液相比出现了很大的变化，具体变化情况如下： 图1家福春24小时原液色谱图 图2家福春处理24小时后色谱图图3. 家福春24小时后组分百分含量的变化将家福春处理24小时后，乙缩醛、仲丁醇、丁酸乙酯、己酸乙酯的百分含量分别从0.46316、0.33738、0.61674、3.10091下降为0.16333、0.26015、0.23788、0.73542，其中乙缩醛、仲丁醇、丁酸乙酯大概下降50左右，而己酸乙酯下降最多，下降到原样品浓度的近1/4。3.2.2.2 “家福春”240小时后变化图4家福春240小时原液色谱图图5家福春处理240小时后色谱图图6. 家福春240小时后组分百分含量的变化 从色谱峰和以上图表可以看出家福春240小时后化学成分变化的具体情况。放置了240小时以后，家福春原液和陶瓷处理的化学成分都有明显的下降，其中家福春原液的乙缩醛、仲丁醇、丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯的含量分别为0.07043、0.29576、0.50844、2.42152、0.66227，而纳米陶瓷小球处理的白酒上述成分则分别下降为： 0.01189、0.02666、0.05475、1.24344、0.08696，其中以乙缩醛下降最多，下降近十倍，其它的成分则有不同程度的下降，而且同样用纳米陶瓷小球处理24小时与处理240小时以后的相比，除己酸乙酯略有增加外，其它的成分如仲丁醇、乙缩醛、丁酸乙酯、乙酸乙酯则随着时间的增加继续下降。3.2.3 “邵阳老酒”化学成分发生的变化3.2.3.1 “邵阳老酒”24小时后的变化图7邵阳老酒24小时原液色谱图图8邵阳老酒处理24小时后色谱图从色谱峰图和图表可以看出邵阳老酒处理24小时后的具体结果如下：图9. 绍阳老酒24小时后组分百分含量的变化对邵阳老酒处理结果更加明显，将邵阳老酒用纳米陶瓷小球处理24小时后，乙酸乙酯、乙缩醛、丁酸乙酯的百分含量从7.17673、0.72470、0.49347下降为1.64366、0.30075、0.51133，其中乙酸乙酯的含量下降最多，下降到原样品浓度的近1/4左右，丁酸乙酯成分含量略有上升。3.2.3.2 “邵阳老酒”240小时后的变化图10邵阳老酒240小时原液色谱图图11邵阳老酒处理240小时后色谱图从以上峰图和图表可以看出邵阳老酒处理240小时后的具体结果如下：图12. 绍阳老酒240小时后组分百分含量的变化 邵阳老酒240小时后，原液的三种成分的含量除丁酸乙酯略有增加之外，其它两种含量随时间的增加继续下降，而且增加一个新的成分乙醛，乙酸乙酯、乙缩醛、丁酸乙酯的百分含量依次为：1.4001、0.15005、0.533568，乙醛的百分含量为：0.39781，而邵阳老酒用纳米陶瓷小球处理之后，乙酸乙酯、乙缩醛消失了，乙醛和丁酸乙酯的百分含量下降为：0.14657、0.02286。3.3模拟白酒中单个有机物成分的变化 从以上的实验中我们的确观察到白酒中乙酸乙酯、仲丁醇、乙缩醛、丁酸乙酯、己酸乙酯、乙醛、乙缩醛等物质的百分含量均发生了不同程度的变化，为了更进一步证明其变化过程，我们按1：1比例的量，将乙醇加入水中，制备成50模拟白酒，然后分别选择乙酸乙酯、仲丁醇、丁酸乙酯、己酸乙酯标准物质，加入少许到模拟白酒中，考察不同时间在模拟白酒中纳米陶瓷小球对乙酸乙酯、仲丁醇、丁酸乙酯、己酸乙酯含量的影响。3.3.1乙酸乙酯含量的变化表7. 乙酸乙酯不同处理时间百分含量的变化组分样品 乙酸乙酯 （） 乙醇（） 原液处理液（陶瓷球，0h）处理液（陶瓷球，24h）处理液（陶瓷球，48h）处理液（陶瓷球，96h） 2.095 97.905 2.084 97.916 1.143 98.857 0.766 99.234 0.578 99.422 对乙酸乙酯的测定结果非常明显，分别经过24h、48h、96h的处理后，乙酸乙酯的峰面积分别从2.095下降到了1.143、0.766和0.578。并且随着时间的增加，乙酸乙酯的百分含量随之不断减少。最后下降为原来的四分之一。3.3.2仲丁醇含量的变化表8. 仲丁醇不同处理时间百分含量的变化组分样品 仲丁醇 （） 乙醇（）原液处理液（陶瓷球，0h）处理液（陶瓷球，24h）处理液（陶瓷球，48h）处理液（陶瓷球，96h） 2.045 97.955 2.089 97.911 1.986 98.014 1.891 98.109 0.544 98.456对仲丁醇的测定结果相比乙酸乙酯结果没那么明显，但经过处理后的仲丁醇还是有一定量的减少，经过24h、48h、96h处理，仲丁醇峰面积分别从2.089下降到了1.986、1.891、1.544，跟乙酸乙酯一样，仲丁醇也是随着时间的增加其含量逐渐减少。3.3.3丁酸乙酯含量的变化表9. 丁酸乙酯不同处理时间百分含量的变化组分样品 丁酸乙酯 （） 乙醇（） 原液处理液（陶瓷球，0h）处理液（陶瓷球，24h）处理液（陶瓷球，48h）处理液（陶瓷球，96h） 1.326 98.674 1.317 98.683 1.108 98.892 0.865 99.135 0.240 99.760对丁酸乙酯的测定结果也非常明显，分别经过24h、48h、96h的处理后，乙酸乙酯的峰面积分别从1.317下降到了1.108、0.865和0.240。并且随着时间的增加，丁酸乙酯的百分含量随之不断减少。3.3.4己酸乙酯含量的变化 表10. 己酸乙酯不同处理时间百分含量的变化组分样品 己酸乙酯 （） 乙醇（） 原液处理液（陶瓷球，0h）处理液（陶瓷球，24h）处理液（陶瓷球，48h）处理液（陶瓷球，96h） 1.577 98.423 1.502 97.916 1.239 98.761 0.466 99.534 0.183 99.817对己酸乙酯的测定结果非常明显，分别经过24h、48h、96h的处理后，乙酸乙酯的峰面积分别从1.502下降到了1.239、0.466和0.183。并且随着时间的增加，己酸乙酯的百分含量随之不断减少。从以上研究我们可知，乙酸乙酯、仲丁醇、丁酸乙酯和己酸乙酯用陶瓷球处理后在白酒中可以观察到明显的变化，如果将乙醇加入一定量的水后模拟白酒，我们同样可以观察到其单个成分物质在模拟白酒中也有明显的变化，进一步证明了纳米陶瓷小球的确对白酒有纯化的作用。3.4纳米陶瓷小球对白酒纯化作用的比较研究为了更好地比较纳米陶瓷小球对白酒纯化作用的大小，我们选择了我国质量最好的茅台酒作为测试对象，应用气相色谱测定其微量化学成分，并与处理后普通白酒进行比较，系统考查纳米陶瓷小球纯化作用质量的高低。茅台酒与普通白酒中微量化学成分分析及比较研究 图13 茅台酒色谱图 图14 牛栏山普通白酒色谱图从以上色谱图我们可以看出，茅台酒与普通白酒中的微量成分相比，呈现以下特征：1、酯的含量高种类多，如茅台酒含有乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯等酯类物质，而普通白酒中的酯的含量低且种类少，如牛栏山白酒中含有乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯等酯类物质，所以茅台的香气浓郁口感好，而普通酒香气差口感辛辣。2、醇、醛的含量极低，有害物质含量少，如茅台酒中只有乙醛（0.18%）、正丙醇（0.22）异丁醇（0.17），而普通白酒中醇、醛含量较高，有害物质含量较多，如牛栏山白酒中含有乙缩醛（0.75%）、正丙醇（1.91）、正丁醇（0.04）、异戊醇（0.16）、仲丁醇（0.36）。对于白酒来说，在白酒生产中，必然会产生一些有害杂质，有些是原料带入的，有些是在发酵过程中产生的。杂油醇是酒的芳香成分之一，但含量过高，对人们有毒害作用，它的毒性和麻醉作用比乙醇强，能使神经系统充血，使人头痛，其毒性随分子量增大而加剧。杂油醇在体内的氧化速度比乙醇慢，在机体内停留时间较长。杂油醇的主要成分是异戊醇、戊醇、异丁醇、丙醇等，其中以异丁醇、异戊醇的毒性较大。原料中蛋白质含量多时，酒中杂油醇的含量也高。杂油醇的沸点一般高于乙醇(乙醇沸点为78，丙醇为97，异戊醇为13l) 。酒中醛类是分子大小相应的醇的氧化物，也是白酒发酵过程中产生的。低沸点的醛类有甲醛、乙醛等，高沸点的醛类有糠醛、丁醛、戊醛、己醛等醛类的毒性大于醇类，对于这些有害物质，必须采取措施，降低它们在白酒中的含量以提高白酒的生产质量。通过前面的一系列实验，我们可以明显看到，将白酒用纳米陶瓷小球处理之后，酒中所含的微量化学成分的含量均发生了不同程度的变化，除个别成分在处理后略有增加之外，大多数成分的百分含量整体上呈下降趋势。即白酒中的微量成分酯、醇、醛等成分都随着处理时间的延长有一定程度的下降。 总之，通过纳米陶瓷小球对白酒的纯化作用可以消除杂油醇及醛类物质的影响，使白酒口味变淡，有害微量化学成分的含量降低，当然由于纳米陶瓷小球对酒内成分的处理并没有选择性，在消除杂油醇及醛类物质的同时使酯类物质的含量也有所降低，但对于消费者来说，健康总是第一位的，消除对健康的有害物质比保留白酒香味显得更加重要。3.5 纳米陶瓷小球的结构及吸附、氧化作用通过以上系列实验，我们可以明显看到，将白酒用纳米陶瓷小球处理之后，酒中所含的微量化学成分的含量均发生了不同程度的变化，除个别成分在处理后略有增加之外，大多数成分的百分含量整体上呈下降趋势，但纳米陶瓷小球的结构如何，为什么会使白酒的微量化学成分发生变化？为此我们首先使用扫描电镜对其小球的表面和内部结构进行了测定，然后探讨白酒成分变化的原因。3.5.1 纳米陶瓷小球的结构研究 我们将纳米陶瓷小球放大一定的倍数，观察小球和内部结构，实验结果如下： 图13. 小球表面扫描电镜图（150） 图14. 小球表面扫描电镜图（2000） 图15. 小球表面扫描电镜图（4000）图16. 小球内部结构扫描电镜图（50） 图17. 小球内部扫描电镜图（2000）图18. 小球内部扫描电镜图（4000） 从纳米陶瓷小球的扫描电镜图可以看出，小球的表面具有多孔结构（如图13所示），且随着放大倍数的增加可以看出其凸凹不同的表面，孔洞更加明显（如图14、15所示），因此小球具有一定的吸附性能。从小球内部结构来看，内部并不是致密的结构形态，也具有很大的孔隙及空洞（如图16所示），同时可以看到其内部某些区域显示出比较规整的结晶形状，根据相关文献报道 6，我们推断结晶应该是电气石的结晶（图17所示），由此看出小球内部材料构成并不是均匀的，该小球材料是以电气石掺杂其他材料所组成，电气石与水作用可以产生活性氧，因此纳米陶瓷小球在水中具有一定的氧化性。从扫描电镜的结构研究中我们可以知道，纳米陶瓷小球由于其表面具有空洞结构，使之具有一定程度的吸附性能，该小球内部材料具有电气石的结晶结构，导致其具有氧化性，因此本人初步判断白酒微量成分变化的原因可能是纳米陶瓷小球将白酒中微量的化学成分进行吸附氧化，使之化学成分整体上降低。但由于白酒是无色溶液，其吸附氧化性能不能通过颜色变化很明显的观察出来，因此我们选择蓝色的亚甲蓝溶液作为观察对象，使用纳米陶瓷小球对亚甲兰进行作用，考查其吸附氧化作用。另外，为了和单纯的吸附性能相比较，我还选择了分子筛作为比较对象，共同以空白溶液（只含亚甲兰）作为对照，系统考查纳米陶瓷小球的吸附及氧化性能。3.5.2纳米陶瓷小球的吸附、氧化性 将纳米陶瓷小球加入到蓝色的亚甲蓝溶液中，观察亚甲兰的褪色情况，以形象地考查其吸附氧化性能。实验结果如下： 图19. 0小时后变化情况 图20. 5小时后变化情况 图21. 10小时后变化情况 图22. 20小时后变化情况 图23. 40小时后变化情况 图24. 80小时后变化情况 图27. 120小时后变化情况 图29. 160小时后变化情况图30. 200小时后变化情况 从实验结果可知，纳米陶瓷小球和分子筛对亚甲兰均具有吸附作用，随着时间的增加，不同重量的纳米陶瓷小球、分子筛都可以吸附亚甲兰溶液使溶液颜色变浅，纳米陶瓷小球作用的溶液，40h后，1：2比例的溶液基本完全褪去了，而1：4、1：6、1：8有一部分蓝色褪去了，且随着纳米陶瓷小球的重量增加，褪色现象更加明显。对于两种颗粒球来说，纳米陶瓷小球和分子筛小球开始吸附后，颗粒均变为蓝色，但随着时间的进一步增加，纳米陶瓷小球的蓝色逐渐褪去，而分子筛小球的蓝色却保持不变，这说明分子筛只具有吸附性，而纳米陶瓷小球同时具有吸附和氧化两种作用，且随着作用时间的延长、小球重量的增加，纳米陶瓷小球的氧化作用逐渐增强。3.5.3纳米陶瓷小球的氧化性 从以上实验结果来看，纳米陶瓷小球具有很强的吸附、氧化性，但氧化性的证明只是从颜色上进行推断证据还不够充分，我将亚甲兰氧化褪色后的溶液通过紫外分光光度计进行全波长的扫描，观察亚甲兰溶液作用前后的吸收曲线的变化情况，并与氧化剂H2O2对亚甲兰溶液的氧化曲线进行比较，来进一步证明纳米陶瓷小球的氧化性，实验结果如下： 图31 亚甲兰原液的紫外图 图 32 纳米陶瓷小球作用后亚甲兰溶液紫外图 图33. H2O2作用后亚甲兰溶液紫外图图34. 亚甲兰完全褪色的紫外图谱 从上图可以看出，亚甲兰溶液具有非常典型的紫外吸收特征峰，分别在250nm、294 nm、610 nm、652 nm有非常明显的紫外吸收，但经过纳米陶瓷小球的作用之后，亚甲兰的颜色逐渐褪去，所有紫外吸收峰都随之下降，其中较高的吸收峰610 nm、652 nm下降的更为明显。相同条件下，使用H2O2进行氧化褪色实验，当小球和H2O2褪色程度相当的时，测定H2O2紫外吸收曲线，我们发现两者的紫外吸收曲线具有相同的特征。当亚甲兰完全褪去时，所有的紫外吸收特征峰都消失了，亚甲兰完全被纳米陶瓷小球所氧化。由此我们可知，纳米陶瓷小球的在水中具有氧化作用。3.5.4纳米陶瓷小球与分子筛空气负离子浓度比较通过以上的白酒及亚甲兰作用前后变化结果观察，我分析白酒成分发生变化的原因是纳米陶瓷小球对白酒的吸附及氧化作用，但小球产生氧化作用的物质是什么那？我推断可能是纳米陶瓷小球中电气