一種測定生物質(zhì)預(yù)處理液中乙酸含量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及乙酸含量的檢測，更具體地，涉及一種生物質(zhì)精煉及相關(guān)領(lǐng)域中預(yù)處理液中乙酸含量的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乙酸是一種簡單的羧酸，由一個甲基一個羧基組成，是一種重要的化學(xué)試劑。在化學(xué)工業(yè)中，它被用來制造聚對苯二甲酸乙二酯，后者即飲料瓶的主要部分。乙酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纖維和織物。家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢劑。食品工業(yè)方面，在食品添加劑列表E260中，乙酸是規(guī)定的一種酸度調(diào)節(jié)劑。每年世界范圍內(nèi)的乙酸需求量在650萬噸左右。其中大約150萬噸是循環(huán)再利用的，剩下的500萬噸是通過石化原料直接制取或通過生物發(fā)酵。近年來，隨著全球石化原料的日趨缺乏，以世界上最豐富的可再生原材料一一木質(zhì)生物質(zhì)為原料，采用稀酸、熱水、綠液、乙醇等藥劑在提取半纖維素的過程中獲得乙酸的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。顯然，生物質(zhì)預(yù)處理液中乙酸含量的快速測定方法，對于提高相關(guān)科學(xué)研宄和產(chǎn)業(yè)的效率和效益具有重要的作用。
[0003]目前，液相樣品中乙酸含量的檢測方法主要有酸堿滴定法、電位滴定法、紫外可見光譜法、高效液相色譜和氣相色譜技術(shù)進(jìn)行檢測。生物質(zhì)預(yù)處理液成分的復(fù)雜性(甲酸、乙酰丙酸、多元弱酸等干擾)使得酸堿滴定和電位滴定法通常極大地高估了生物質(zhì)預(yù)處理液中的乙酸含量，而紫外可見光譜對色值較高的預(yù)處理液通常無法進(jìn)行測定。盡管高效液相色譜和氣相色譜技術(shù)可通過色譜技術(shù)將乙酸與其它干擾物質(zhì)分離；但是，生物質(zhì)預(yù)處理液含有大量的固體顆粒物和非乙酸類溶解性物質(zhì)(高沸點(diǎn)物質(zhì)和無機(jī)鹽等)，這些將對氣相色譜的進(jìn)樣口、色譜柱和色譜分離產(chǎn)生很大的危害。固然，較大的固體顆粒物可通過離心和過濾的方法去除，但難以去除的小顆粒固體顆粒常常會阻塞液相色譜柱；另外，液相中的溶液性物質(zhì)或附著于氣相/液相色譜柱上、或影響乙酸的色譜分離效果，也會在氣相色譜的進(jìn)樣口或色譜柱前端生成焦化物；大大降低了檢測的速度和增加了測定成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有乙酸含量測定方法的不足，提供一種測定生物質(zhì)預(yù)處理液中乙酸含量的方法。所述方法采用全揮發(fā)頂空氣相色譜技術(shù)測定生物質(zhì)預(yù)處理液中乙酸含量的方法。所述方法可有效克服樣品中細(xì)小固體顆粒物、無機(jī)鹽和高沸點(diǎn)物質(zhì)造成的障礙和干擾，具有簡單、快速的特點(diǎn)，適用于生物質(zhì)(針葉木、闊葉木、禾本科植物及其它生物質(zhì)廢棄物等)預(yù)處理液中乙酸的批量化檢測。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明所述的一種測定生物質(zhì)預(yù)處理液中乙酸含量的方法，其特征在于，包括如下步驟:
(I)樣品酸化:往生物質(zhì)預(yù)處理液中加入非乙酸類酸溶液或非乙酸鹽類堿溶液調(diào)節(jié)pH值，混合均勻后得到待測溶液，所述待測溶液的氫離子濃度為l(T4mol/L?5.0moI/L ；
(2)樣品制備:分別取步驟(I)所得的待測溶液和若干不同濃度的乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液于不同的頂空瓶中，并將頂空瓶密封后得到待測頂空瓶，所述待測頂空瓶中待測溶液和乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積不超過0.55mL/mL頂空瓶容積；
(3)樣品平衡和檢測:將步驟(2)所得的待測頂空瓶置于自動頂空進(jìn)樣器進(jìn)行平衡處理，然后采用配有火焰離子化檢測器的氣相色譜儀進(jìn)行測定，分別記錄不同待測頂空瓶的乙酸氣相色譜信號值A(chǔ) ;
自動頂空進(jìn)樣器的條件為:爐箱溫度為40?200°C、平衡時間為2?60min ；
(4)根據(jù)步驟(3)中得到的乙酸氣相色譜信號值A(chǔ)計算得到待測溶液中乙酸的含量； 步驟(I)中所述待測溶液的氫離子濃度為2.5X 10_4mOl/L?1.0moI/Lo
[0006]步驟(I)還包括將待測溶液超聲處理O?lOmin。
[0007]步驟(3)中所述自動頂空進(jìn)樣器的條件為:爐箱溫度為40?170°C、平衡時間為3 ?15min0
[0008]步驟(3)中所述自動頂空進(jìn)樣器的條件還包括:輔助氣壓力高于0.5bar，載氣壓力高于0.25bar，定量環(huán)體積0.5?3mL，加壓時間、定量環(huán)氣體填充時間和/或氣體傳輸至氣相色譜儀中的時間不低于5s。
[0009]步驟(3)中氣相色譜儀的條件為:進(jìn)樣口采用不分流或分流比在0.1:1至250:1，進(jìn)樣口壓力為5?150psi，柱箱溫度為20?260°C，保留時間為I?25min，檢測器溫度為150?300°C，載氣流速為5?30mL/min。
[0010]步驟(3)中氣相色譜儀采用極性色譜柱。
[0011]步驟(4)中根據(jù)若干不同濃度的乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的乙酸氣相色譜信號值A(chǔ)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計算得到待測溶液中乙酸的濃度。
[0012]步驟(2)中采用不與乙酸發(fā)生反應(yīng)、且不吸附乙酸的隔墊和蓋子對頂空瓶進(jìn)行密封。
[0013]步驟(I)還包括將待測溶液中的固體顆粒物去除。
[0014]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的具體技術(shù)方案是:
所述的一種測定生物質(zhì)預(yù)處理液中乙酸含量的方法，包括如下步驟:
(1)樣品酸化:往生物質(zhì)預(yù)處理液中加入非乙酸類酸溶液或非乙酸鹽類堿溶液調(diào)節(jié)pH值，混合均勻后得到待測溶液，所述待測溶液的氫離子濃度為l(T4mol/L?5.0moI/L ；
(2)樣品制備:分別取步驟(I)所得的待測溶液和若干不同濃度的乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液于不同的頂空瓶中，并將頂空瓶密封后得到待測頂空瓶，所述待測頂空瓶中待測溶液和乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積不超過0.55mL/mL頂空瓶容積；
(3)樣品平衡和檢測:將步驟(2)所得的待測頂空瓶置于自動頂空進(jìn)樣器進(jìn)行平衡處理，然后采用配有火焰離子化檢測器的氣相色譜儀進(jìn)行測定，分別記錄不同待測頂空瓶的乙酸氣相色譜信號值A(chǔ) ;
自動頂空進(jìn)樣器的條件為:爐箱溫度為90?200°C、平衡時間為2?60min ；
(4)根據(jù)步驟(3)中得到的乙酸氣相色譜信號值A(chǔ)計算得到待測溶液中乙酸的含量； 本發(fā)明首先采用非乙酸類酸溶液將生物質(zhì)預(yù)處理液的氫離子濃度為10_4mol/L?
5.0mol/L，將乙酸鹽全部轉(zhuǎn)化為乙酸、并保證不至因為酸度過大而發(fā)生干擾反應(yīng)；然后在頂空瓶中加入特定量的待測溶液，控制頂空瓶中超低的液-氣比(每毫升的頂空瓶容積加入量不超過0.55mL的待測溶液)，在自動頂空進(jìn)樣器進(jìn)行平衡處理，在高溫下將頂空瓶液相中的乙酸全部揮發(fā)至氣相，從而消除了樣品的基質(zhì)效應(yīng)；氣相中的乙酸采用配有火焰離子化檢測器氣相色譜儀進(jìn)行測定；最后，利用標(biāo)準(zhǔn)工作曲線將生物質(zhì)預(yù)處理液中的乙酸計算出來。
[0015]優(yōu)選地，所述非乙酸類酸溶液為硫酸、磷酸、草酸和甲酸等，所述非乙酸鹽類堿性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和甲酸鈉等，采用非乙酸類酸溶液或非乙酸鹽類溶液可以避免對生物質(zhì)預(yù)處理液中乙酸含量的測定造成干擾。
[0016]優(yōu)選地，步驟(I)中所述待測溶液的氫離子濃度為2.5X10_4mol/L?1.0mol/L。由此，可將乙酸根全部轉(zhuǎn)化為乙酸的形態(tài)，但也不會因為氫離子濃度過高而導(dǎo)致乙酸在檢測過程中與其它有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
[0017]優(yōu)選地，步驟(I)還包括將待測溶液超聲處理O (大于O)?lOmin。利用超聲波震蕩將待測溶液中的氣泡去除，以避免大量氣泡造成的取樣精確度較差的問題。
[0018]優(yōu)選地，步驟(3)中所述自動頂空進(jìn)樣器的條件為:爐箱溫度為90?170°C、平衡時間為3?15min?；诖藯l件，樣品中的乙酸將在盡量避免產(chǎn)生干擾化學(xué)反應(yīng)的前提下全部揮發(fā)至氣相。
[0019]優(yōu)選地，步驟(3)中所述自動頂空進(jìn)樣器的條件還包括:輔助氣壓力高于0.5bar,載氣壓力高于0.25bar，定量環(huán)體積0.5?3mL，加壓時間、定量環(huán)氣體填充時間和/或氣體傳輸至氣相色譜儀中的時間不低于5s。
[0020]優(yōu)選地，步驟(3)中氣相色譜儀的條件為:進(jìn)樣口采用不分流或分流比在0.1:1至250:1，進(jìn)樣口壓力為5?150psi，柱箱溫度為20?260°C，保留時間為I?25min，檢測器溫度為150?300°C，載氣流速為5?30mL/min。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(3)中氣相色譜儀的條件為:進(jìn)樣口采用不分流或分流比在10:1至150:1，進(jìn)樣口壓力為10?50psi，柱箱溫度為80?250°C，保留時間為I?15min，檢測器溫度為250?300°C，載氣流速為10?25mL/min。
[0022]優(yōu)選地，氣相色譜儀采用的載氣為氮?dú)饣蚝?，燃?xì)鉃闅錃?、助燃?xì)鉃榭諝狻?br>[0023]優(yōu)選地，步驟(3)中氣相色譜儀采用極性色譜柱。所述極性色譜柱為HP-5、HP-1NNOWAX、DB-5 和 HP-FFAP 等極性色譜柱。
[0024]優(yōu)選地，步驟(4)中根據(jù)若干不同濃度的乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的乙酸氣相色譜信號值A(chǔ)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計算得到待測溶液中乙酸的濃度。
[0025]優(yōu)選地，步驟(2)中采用不與乙酸發(fā)生反應(yīng)、且不吸附乙酸的隔墊和蓋子對頂空瓶進(jìn)行密封。
[0026]優(yōu)選地，步驟(I)還包括將待測溶液中的固體顆粒物去除。本發(fā)明使用離心沉淀分離或過濾的方法去除樣品中的固體顆粒物，防止阻塞微量注射器針頭或移液槍槍頭，并可避免固體顆粒物繼續(xù)發(fā)生酸水解而導(dǎo)致檢測量偏高的問題。
[0027]優(yōu)選地，步驟(2)中不同濃度的乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度范圍包括待測溶液的乙酸濃度，以提高檢測的精度和準(zhǔn)確度。本發(fā)明中所述不同濃度的乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的個數(shù)為3?8個，其濃度變化的梯度均勻。
[0028]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn): (I)本發(fā)明所述的方法采用全揮發(fā)頂空氣相色譜技術(shù)，具有制樣簡單、樣品需要量少、檢測快速和適于批量檢測的優(yōu)點(diǎn)。
[0029](2)本發(fā)明所述的方法有效克服了生物質(zhì)預(yù)處理液中無機(jī)鹽、細(xì)小固體顆粒和非揮發(fā)性高沸點(diǎn)物質(zhì)對氣相色譜的影響。
[0030](3)本發(fā)明所述的方法有效消除了生物質(zhì)預(yù)處理液中非乙酸類物質(zhì)的基質(zhì)效應(yīng)，避免了采用標(biāo)準(zhǔn)加入法所造成的工作量過大的問題。
[0031](4)本發(fā)明所述的方法具有檢測精確度和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中所使用的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0034]以下各個實(shí)施例中使用的相同的儀器和藥品如下:
自動頂空進(jìn)樣器-DANI 86.50 Plus
氣相色譜儀-火焰離子化檢測器:Agilent 7890B 實(shí)施例一
(I)用移液槍準(zhǔn)確量取ImL的竹子乙醇預(yù)處理液置于干燥的頂空瓶中，加入50mL硫酸溶液(0.2mol/L)，劇烈搖晃至混合均勻得到待測溶液，待測溶液的氫離子濃度為1