Development of Reference Materials of Ethanol Isotopic Composition

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The research presented in the article is aimed at developing reference materials (hereinafter referred to as RMs) for the isotopic composition of ethanol required for measurements in accordance with the requirements of Russian standards and Technical Regulations of the Customs Union. The relevance is due to the expansion of the scope of isotope analysis in various fields, including the food industry, environmental monitoring and customs control. Current reference materials have a limited range of certified values and are not available in Russia due to the imposition of sanctions by unfriendly countries, which creates the need to develop domestic analogues.The purpose of the research is to create and subsequently certify the metrological characteristics of reference materials for the isotopic composition of ethanol obtained from various raw materials: corn, wheat, sugar beet and synthetic ethanol. For this purpose, a method for preparing reference materials was developed, a pilot batch was produced, tests for homogeneity, long-term and short-term stability were performed, and certified values of the isotopic composition of carbon, oxygen and hydrogen were determined.The main methods of RM production and certification included isotope mass spectrometry using the Isoprime precisION isotope mass spectrometer (hereinafter referred to as IMS), automated packaging and sealing of ampoules with reference materials. The study of metrological characteristics showed high homogeneity and stability of the developed reference materials, which confirms their suitability for metrological purposes. The certified values of the developed reference materials are consistent with known literature data on the isotopic composition of plant-based ethanol (corn and wheat), which confirms the reliability of isotopic analysis methods and their applicability for identifying biological sources of alcohol. The novelty of the research work lies in the development of domestic reference materials with a wider range of certified values of the isotopic composition of carbon, oxygen and hydrogen compared to analogues, which extends the capabilities of accurate measurements and control in various industries.The practical significance of the research is the development of new reference materials for quality control of alcoholic products, customs control and state control in the alcohol market. The developed reference materials provide accurate determination of the origin of ethanol, which is especially important for the identification of biological and synthetic sources.The research results create opportunities for developing reference materials of other substances, such as calcium carbonate, polyethylene and carbon monoxide.

About the authors

I. K. Chubchenko

D. I. Mendeleyev Institute for Metrology

Email: ycc@b10.vniim.ru
ORCID iD: 0000-0002-3408-5116

A. V. Larosh

D. I. Mendeleyev Institute for Metrology

Email: larosh@b10.vniim.ru

A. V. Smirnov

D. I. Mendeleyev Institute for Metrology

Email: andrey.smirniy@b10.vniim.ru

A. V. Kolobova

D. I. Mendeleyev Institute for Metrology

Email: akol@b10.vniim.ru
ORCID iD: 0000-0001-9030-446X

References

  1. Arshad Z., Shin K. H., Hur J. Utilization and applications of stable isotope analysis for wastewater treatment systems: A review // Environmental Research. 2025. Vol. 264, P. 1. P. 120347. https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.120347
  2. Блохин М. Г., Арбузов С. И., Чекрыжов И. Ю. Исследование изотопных отношений кислорода и водорода как показателей природных условий формирования каолинита тонштейнов, кор выветривания и аргиллизита // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333, № 12. С. 46–60. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/12/3894
  3. Lu X., Bai J., Ye F., Wei G. Progress and prospect of rare earth elements stable isotope analysis techniques // Journal of Earth Science. 2024. Vol. 35, № 6. P. 2129–2132. https://doi.org/10.1007/s12583-024-2022-8
  4. Isotopic characteristics (δ13C, δ15N, and δ18O) of honey from Bangladesh retail markets: Investigating sugar manipulation, botanical and geographical authentication / M. A. Khatun// Food Chemistry. 2024. Vol. 435. P. 137612. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137612
  5. Kalashnikova D. A., Simonova G. V. Stable isotope ratios (H, C, O) of honey samples from different regions of Russia // Journal of Analytical Chemistry. 2022. Vol. 77, № 12. P. 1612–1620. https://doi.org/10.1134/S1061934822120061
  6. Determination of geographical origin of concentrated apple juice through analysis of stable isotopic and mineral elemental fingerprints: preliminary results / X. Liu// Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021. Vol. 101, № 9. P. 3795–3803. https://doi.org/10.1002/jsfa.11012
  7. Measurement of δ18O and δ2H of water and ethanol in wine by off-axis integrated cavity output spectroscopy and isotope ratio mass spectrometry / X. Wang// European Food Research and Technology. 2021. Vol. 247, № 8. P. 1899–1912. https://doi.org/10.1007/s00217-021-03758-2
  8. Chemometric discrimination of the geographical origin of three Greek cultivars of olive oils by stable isotope ratio analysis / M. Tarapoulouzi// Foods. 2021. Vol. 10, № 2. P. 336. https://doi.org/10.3390/foods10020336
  9. Authenticity and typicity of traditional cheeses: A review on geographical origin authentication methods / M. Cardin// Foods. 2022. Vol. 11, № 21. P. 3379. https://doi.org/10.3390/foods11213379
  10. Characterization of beef coming from different European countries through stable isotope (H, C, N, and S) ratio analysis / L. Bontempo// Molecules. 2023. Vol. 28, № 6. P. 2856. https://doi.org/10.3390/molecules28062856
  11. Application of 13C quantitative NMR spectroscopy to isotopic analyses for vanillin authentication source / C. Pironti// Foods. 2021. Vol. 10, № 11. P. 2635. https://doi.org/10.3390/foods10112635
  12. Measurement of δ18O and δ2H of water and ethanol in wine by off-axis integrated cavity output spectroscopy and isotope ratio mass spectrometry / X. Wang// European Food Research and Technology. 2021. Vol. 247. P. 1899–1912. https://doi.org/10.1007/s00217-021-03758-2
  13. Determining sugar and molasses origin by non-exchangeable hydrogenstable isotope of ethanol and carbon isotoperatiomass spectrometry / M. Rojas-Rioseco// Food Frontiers. 2024. № 5. P. 1709–1721. https://doi.org/10.1002/fft2.418
  14. Исследование отношений изотопов углерода, кислорода и водорода этанола фруктовых вин / Л. А. Оганесянц// Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50, № 4. С. 717–725. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-717-725
  15. Assessment of international reference materials for isotope-ratio analysis (IUPAC Technical Report) / W. A. Brand// Pure and Applied Chemistry. 2014. Vol. 86, Iss. 3. P. 425–467. https://doi.org/10.1515/pac-2013–1023
  16. Разработка эталонной установки для метрологического обеспечения измерений дельта значения отношения изотопов углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе / Я. К. Чубченко// Эталоны. Стандартные образцы. 2024. Т. 20, № 2. С. 5–22. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2024 20-2-5-22
  17. Botanical and geographical origin identification of industrial ethanol by stable isotope analyses of C, H, and O / K. Ishida-Fujii// Bioscience Biotechnology and Biochemistry. 2005. Vol. 69, Iss. 11. P. 2193–2199. https://doi.org/10.1271/bbb.69.2193.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».