rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2025-21-3-62-77YOYGSUrmjournal-570Research ArticleСтандартные образцыReference materialsРазработка стандартных образцов изотопного состава этанолаDevelopment of Reference Materials of Ethanol Isotopic Compositionhttps://orcid.org/0000-0002-3408-5116ЧубченкоЯ. К.ChubchenkoI. K.

Чубченко Ян Константинович – канд. техн. наук, руководитель лаборатории государственных эталонов и научных исследований в области измерений отношений изотопов

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Ian K. Chubchenko – Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Measurement Standards and Scientific Research of Isotope Ratios

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

ycc@b10.vniim.ruЛарошА. В.LaroshA. V.

Ларош Артем Вадимович – инженер лаборатории государственных эталонов и научных исследований в области измерений отношений изотопов

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Artem V. Larosh – Engineer of the Laboratory of Measurement Standards and Scientific Research of Isotope Ratios

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

larosh@b10.vniim.ruСмирновА. В.SmirnovA. V.

Смирнов Андрей Владимирович – техник научно-исследовательского отдела государственных эталонов в области физико-химических измерений

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Andrei V. Smirnov – Technician of the Research Department of State Standards in the Field of Physical and Chemical Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

andrey.smirniy@b10.vniim.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9030-446XКолобоваА. В.KolobovaA. V.

Колобова Анна Викторовна – канд. техн. наук, руководитель научно-исследовательского отдела государственных эталонов в области физико-химических измерений

190005, г. Санкт-Петербург, пр. Московский, 19

Anna V. Kolobova – Cand. Sci. (Eng.), Head of the Research Department of State Standards in the Field of Physical and Chemical Measurements

19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005

akol@b10.vniim.ruФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation2025071020252136277Copyright © Чубченко Я.К., Ларош А.В., Смирнов А.В., Колобова А.В., 20252025Чубченко Я.К., Ларош А.В., Смирнов А.В., Колобова А.В.Chubchenko I.K., Larosh A.V., Smirnov A.V., Kolobova A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/570

Представленное в статье исследование направлено на разработку стандартных образцов изотопного состава этанола, необходимых для выполнения измерений в соответствии с требованиями стандартов Российской Федерации и технических регламентов Таможенного союза. Актуальность работы обусловлена расширением сферы применения изотопного анализа в различных областях, включая пищевую промышленность, экологический мониторинг и таможенный контроль. Существующие стандартные образцы имеют ограниченный диапазон аттестованных значений и вследствие введения санкций со стороны недружественных стран недоступны в России, что создает необходимость в разработке отечественных аналогов.

Цель исследования заключалась в создании и последующей аттестации метрологических характеристик стандартных образцов изотопного состава этанола, полученного из различного сырья: кукурузы, пшеницы, сахарной свеклы и синтетического этанола. Для достижения этой цели была разработана методика приготовления стандартных образцов, изготовлена опытная партия, проведены испытания на однородность, долговременную и кратковременную стабильность, определены аттестованные значения изотопного состава углерода, кислорода и водорода.

Основные методы изготовления и аттестации стандартных образцов включали изотопную масс-спектрометрию с использованием изотопного масс-спектрометра Isoprime precisION, автоматизированную фасовку и запайку ампул со стандартными образцами. Результаты исследования метрологических характеристик показали высокую однородность и стабильность разработанных стандартных образцов, что подтверждает их пригодность для использования в метрологических целях. Аттестованные значения разработанных стандартных образцов согласуются с известными литературными данными об изотопном составе этанола растительного происхождения (кукуруза и пшеница), что подтверждает надежность методов изотопного анализа и их применимость для идентификации биологических источников спирта.

Новизна исследовательской работы заключается в создании отечественных стандартных образцов с более широким диапазоном аттестованных значений изотопного состава углерода, кислорода и водорода по сравнению с аналогами, что расширяет возможности точных измерений и контроля в различных отраслях промышленности.

Практическая значимость описанного в статье исследования состоит в создании стандартных образцов для контроля качества алкогольной продукции, таможенного контроля и государственного контроля на алкогольном рынке. Разработанные стандартные образцы позволяют точно определять происхождение этанола, что особенно важно для идентификации биологических и синтетических источников.

Результаты исследования также открывают перспективы разработки стандартных образцов других веществ, таких как карбонат кальция, полиэтилен и монооксид углерода.

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.

метрологиястабильные изотопыизотопная масс-спектрометриястандартные образцы изотоповстандартные образцы изотопного составаэтанолизотопный состав этанолапшеничный этанолсинтетический этанолсвекловичный этанолкукурузный этанолmetrologystable isotopesisotope mass spectrometryisotope reference materialsisotope composition reference materialsethanolethanol isotope compositionwheat ethanolsynthetic ethanolbeet ethanolcorn ethanolРабота выполнена в рамках ГК № 120-38/2023 от 17.05.2023 на выполнение опытно-конструкторской работы по теме «Разработка и выпуск новых комплексов стандартных образцов и мер для обеспечения единства измерений по приоритетным направлениям в целях технологического суверенитета Российской Федерации» (шифр ОКР «Суверенитет»).The work was carried out within the framework of the Government Contract № ¬120-38/2023 dated 17.05.2023 for the implementation of experimental design work on the subject “Development and production of new sets of reference materials and measures to ensure the uniformity of measurements in priority areas for the purposes of technological sovereignty of the Russian Federation” (code of the Development Work “SUVERENITET”).ReferencesArshad 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.2024.120347Arshad Z., Shin K. H., Hur J. Utilization and applications of stable isotope analysis for wastewater treatment systems: A review. Environmental Research. 2025;264(1):120347. https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.120347Блохин 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/10.18799/24131830/2022/12/3894Blokhin M. G., Arbuzov S. I., Chekryzhov I. Yu. Study of oxygen and hydrogen isotope ratios as indicators of tonsteines, weathering crusts and argillisite kaolinite environmental conditions formation. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2022;333(12):46–60. (In Russ.). https://doi.org/10.18799/24131830/2022/12/3894Lu 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/s12583-024-2022-8Lu X., Bai J., Ye F., Wei G. Progress and prospect of rare earth elements stable isotope analysis techniques. Journal of Earth Science. 2024;35(6):2129–2132. https://doi.org/10.1007/s12583 024 2022 8Isotopic characteristics (δ13C, δ15N, and δ18O) of honey from Bangladesh retail markets: Investigating sugar manipulation, botanical and geographical authentication / M. A. Khatun [et al.] // Food Chemistry. 2024. Vol. 435. P. 137612. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137612Khatun M. A., Yoshimura J., Yoshida M., Suzuki Y., Huque R., Kelly S. D. et al. Isotopic characteristics (δ13C, δ15N, and δ18O) of honey from Bangladesh retail markets: Investigating sugar manipulation, botanical and geographical authentication. Food Chemistry. 2024;435:137612. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137612Kalashnikova 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/S1061934822120061Kalashnikova D. A., Simonova G. V. Stable isotope ratios (H, C, O) of honey samples from different regions of Russia. Journal of Analytical Chemistry. 2022;77(12):1612–1620. https://doi.org/10.1134/S1061934822120061Determination of geographical origin of concentrated apple juice through analysis of stable isotopic and mineral elemental fingerprints: preliminary results / X. Liu [et al.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021. Vol. 101, № 9. P. 3795–3803. https://doi.org/10.1002/jsfa.11012Liu X., Zhao Y., Mu J., Zhang J., Zhang A. Determination of geographical origin of concentrated apple juice through analysis of stable isotopic and mineral elemental fingerprints: preliminary results. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021;101(9):3795–3803. https://doi.org/10.1002/jsfa.11012Measurement of δ18O and δ2H of water and ethanol in wine by off-axis integrated cavity output spectroscopy and isotope ratio mass spectrometry / X. Wang [et al.] // European Food Research and Technology. 2021. Vol. 247, № 8. P. 1899–1912. https://doi.org/10.1007/s00217-021-03758-2Wang X., Jansen H. G., Duin H., Meijer H. A. Measurement of δ18O and δ2H of water and ethanol in wine by offaxis integrated cavity output spectroscopy and isotope ratio mass spectrometry. European Food Research and Technology. 2021;247(8):1899–1912. https://doi.org/10.1007/s00217 021 03758 2Chemometric discrimination of the geographical origin of three Greek cultivars of olive oils by stable isotope ratio analysis / M. Tarapoulouzi [et al.] // Foods. 2021. Vol. 10, № 2. P. 336. https://doi.org/10.3390/foods10020336Tarapoulouzi M., Skiada V., Agriopoulou S., Psomiadis D., Rébufa C., Roussos S. et al. Chemometric discrimination of the geographical origin of three Greek cultivars of olive oils by stable isotope ratio analysis. Foods. 2021;10(2):336. https://doi.org/10.3390/foods10020336Authenticity and typicity of traditional cheeses: A review on geographical origin authentication methods / M. Cardin [et al.] // Foods. 2022. Vol. 11, № 21. P. 3379. https://doi.org/10.3390/foods11213379Cardin M., Cardazzo B., Mounier J., Novelli E., Coton M., Coton E. Authenticity and typicity of traditional cheeses: A review on geographical origin authentication methods. Foods. 2022;11(21):3379. https://doi.org/10.3390/foods11213379Characterization of beef coming from different European countries through stable isotope (H, C, N, and S) ratio analysis / L. Bontempo [et al.] // Molecules. 2023. Vol. 28, № 6. P. 2856. https://doi.org/10.3390/molecules28062856Bontempo L., Perini M., Pianezze S., Horacek M., Roßmann A., Kelly S. D. et al. Characterization of beef coming from different European countries through stable isotope (H, C, N, and S) ratio analysis. Molecules. 2023;28(6):2856. https://doi.org/10.3390/molecules28062856Application of 13C quantitative NMR spectroscopy to isotopic analyses for vanillin authentication source / C. Pironti [et al.] // Foods. 2021. Vol. 10, № 11. P. 2635. https://doi.org/10.3390/foods10112635Pironti C., Ricciardi M., Motta O., Camin F., Bontempo L., Proto A. Application of 13C quantitative NMR spectroscopy to isotopic analyses for vanillin authentication source. Foods. 2021;10(11):2635. https://doi.org/10.3390/foods10112635Measurement of δ18O and δ2H of water and ethanol in wine by off-axis integrated cavity output spectroscopy and isotope ratio mass spectrometry / X. Wang [et al.] // European Food Research and Technology. 2021. Vol. 247. P. 1899–1912. https://doi.org/10.1007/s00217-021-03758-2Wang X., Jansen H. G., Duin H., Meijer H. A. Measurement of δ18O and δ2H of water and ethanol in wine by offaxis integrated cavity output spectroscopy and isotope ratio mass spectrometry. European Food Research and Technology. 2021;247:1899–1912. https://doi.org/10.1007/s00217 021 03758 2Determining sugar and molasses origin by non-exchangeable hydrogenstable isotope of ethanol and carbon isotoperatiomass spectrometry / M. Rojas-Rioseco [et al.] // Food Frontiers. 2024. № 5. P. 1709–1721. https://doi.org/10.1002/fft2.418Rojas-Rioseco M., Fakhar H. I., Smajlovic I., Smajlovic M., Grkavac S., Oztop M. H. et al. Determining sugar and molassesorigin by non-exchangeable hydrogen stable isotope of ethanoland carbon isotope ratio mass spectrometry. Food Frontiers. 2024;5:1709–1721. https://doi.org/10.1002/fft2.418Исследование отношений изотопов углерода, кислорода и водорода этанола фруктовых вин / Л. А. Оганесянц [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50, № 4. С. 717–725. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-717-725Oganesyants L. A., Panasyuk A. L., Kuzmina E. I., Ganin M. Yu. Isotopes of carbon, oxygen, and hydrogen ethanol in fruit wines. Food Processing: Techniques and Technology. 2020;50(4):717–725. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074 9414 2020 4 717 725Assessment of international reference materials for isotope-ratio analysis (IUPAC Technical Report) / W. A. Brand [et al.] // Pure and Applied Chemistry. 2014. Vol. 86, Iss. 3. P. 425–467. https://doi.org/10.1515/pac-2013–1023Brand W. A., Coplen T. B., Vogl J., Rosner M., Prohaska T. Assessment of international reference materials for isotope-ratio analysis (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2014;86(3):425–467. https://doi.org/10.1515/pac 2013–1023Разработка эталонной установки для метрологического обеспечения измерений дельта значения отношения изотопов углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе / Я. К. Чубченко [и др.] // Эталоны. Стандартные образцы. 2024. Т. 20, № 2. С. 5–22. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2024 20-2-5-22Chubchenko I. K., Kolobova A. V., Larosh A. V., Afanasyev G. A. Development of a reference installation for metrological support of the delta value measurements of the ratio of carbon and oxygen isotopes in exhaled air. Measurement Standards. Reference Materials. 2024;20(2):5–22. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2077 1177 2024 20 2 5 22Botanical and geographical origin identification of industrial ethanol by stable isotope analyses of C, H, and O / K. Ishida-Fujii [et al.] // Bioscience Biotechnology and Biochemistry. 2005. Vol. 69, Iss. 11. P. 2193–2199. https://doi.org/10.1271/bbb.69.2193.Ishida-Fujii K., Goto Sh., Uemura R., Yamada K., Sato M., Yoshida N. Botanical and geographical origin identification of industrial ethanol by stable isotope analyses of C, H, and O. Bioscience Biotechnology and Biochemistry. 2005;69(11):2193–2199. https://doi.org/10.1271/bbb.69.2193.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.