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生物丁醇試樣中無機(jī)陰離子的離子色譜檢測法

點擊次數(shù)：4497 更新時間：2012-12-28

1前言

進(jìn)入21世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，自然資源以*的速度被消耗著。一些重要資源如石油甚至面臨枯竭的危險，世界各國意識到問題的嚴(yán)重性，紛紛研究可以替代的產(chǎn)品。目前汽油的燃料替代品以對生物丁醇的研究和生產(chǎn)較為熱門。生物丁醇之所以被視為一個替代乙醇的更好燃料添加劑，是因為它比乙醇具有更低的蒸汽壓，更高的能量密度, 也可以和汽油能以非常高的比例混合。尤其是丁醇的辛烷值和汽油更接近^[1]。與化石燃料相比，生物丁醇具有更強(qiáng)的可再生能源的特征。

早期的生物丁醇是從玉米和大麥等多種谷類作物發(fā)酵制取。現(xiàn)在使用秸稈和木質(zhì)種類的纖維發(fā)酵來生產(chǎn)丁醇是該業(yè)界主要發(fā)展方向^[2]。隨著生物丁醇發(fā)酵和相關(guān)分離技術(shù)的日益完善，其產(chǎn)品的價格也將日益降低。

不同發(fā)酵原料，要求生物丁醇生產(chǎn)工藝有所不同。為了產(chǎn)品的質(zhì)量，必需對其中的雜質(zhì)進(jìn)行例行檢測。其中過量的無機(jī)溶解鹽所含的無機(jī)陰離子，可能會對機(jī)動交通工具的引擎產(chǎn)生腐蝕作用，其排放的尾氣，也將會影響到大氣的質(zhì)量^[^3-5^]。

目前現(xiàn)行測定醇類物質(zhì)中無機(jī)陰離子的標(biāo)準(zhǔn)方法一般采用離子選擇電極法、比色法、沉淀滴定等方法，此類方法操作復(fù)雜、存在基體干擾大、度低等缺點^[⁶^]。已有的文獻(xiàn)表明，離子色譜法測定醇類物質(zhì)中的Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-等無機(jī)陰離子具有操作簡便、無基體干擾、度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點^[^7-10^]，但一般采用價格昂貴的進(jìn)口儀器。對于應(yīng)用國產(chǎn)離子色譜儀，測定國產(chǎn)生物丁醇中無機(jī)陰離子的濃度，筆者未見已面世的文獻(xiàn)報道。可以認(rèn)為，對硫酸根和氯離子等無機(jī)陰離子的測定，是生物丁醇質(zhì)檢的重要指標(biāo)。

本文建立了使用國產(chǎn)離子色譜儀測定生物丁醇中Cl^-等無機(jī)陰離子的方法，其較低檢出限范圍：0.5-2.0mg/L（S/N=3），回收率范圍：96.8% - 102.2% ，重現(xiàn)性范圍：0.59% - 0.84%。與進(jìn)口儀器方法相比，無丁醇基體干擾，重現(xiàn)性結(jié)果相當(dāng)，為生物丁醇中無機(jī)陰離子的測定提供了一種可靠的方法。

2、實驗部分

2.1儀器與試劑

儀器：PIC-10A型離子色譜儀，青島普仁儀器有限公司；

可調(diào)萬用電爐，龍口市電爐制造廠；

試劑：Na₂CO₃（基準(zhǔn)試劑）, NaHCO₃（分析純），上海埃彼試劑有限公司；

Cl^-, NO₃^-, H₂PO₄^-, SO₄^2-標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000mg/L），國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心;

30%H₂O₂，煙臺三和化學(xué)試劑有限公司;

純水（電阻率大于18.2MΩ.cm），Millipore；

樣品：某生物丁醇制研單位的中試產(chǎn)品。

2.2色譜條件

色譜柱：PR-SA-10A陰離子交換分離柱（250mm×4.6mm），淋洗液：1.8mM Na₂CO₃+1.7 mM NaHCO₃，流速：1.0mL/min，進(jìn)樣體積：200mL

2.3樣品預(yù)處理

在50mL燒杯中加入10mL樣品，2mL H₂O₂混勻，靜置約5min。把燒杯放到電爐的低溫檔上加熱（通風(fēng)櫥中操作），使液態(tài)樣品慢慢蒸發(fā)。當(dāng)樣品接近蒸干時（體積大約1mL），停止加熱，讓樣品自然冷卻5min。加入80mL去離子水，溫?zé)崛芙獬丙}，再冷卻至室溫。將樣品轉(zhuǎn)移定容到100mL容量瓶中。樣品經(jīng)過0.22mm濾膜后進(jìn)樣分析。

3.結(jié)果與討論

3.1色譜條件的選擇

^{9, 10}^]，若使用自在生抑制模式，兩種淋洗方式均存在基體干擾。而使用外加酸抑制模式則不存在基體干擾。考慮到預(yù)處理方法中已將丁醇去除，而OH^-在國產(chǎn)離子色譜柱中淋洗能力較弱，本文采用Na₂CO₃+NaHCO₃淋洗液。

為分析醇類物質(zhì)中的無機(jī)陰離子，進(jìn)口儀器一般采用碳酸鹽淋洗液或KOH淋洗液在線發(fā)生^[

3.2樣品中陰離子譜圖

圖1表明正丁醇中主要存在Cl^-（3.786mg/L）、 NO₃^-（2.146mg/L）、 H₂PO₄^-（2.719mg/L）和SO₄^2-（3.517mg/L）等無機(jī)陰離子，樣品經(jīng)過預(yù)處理后不存在丁醇基體干擾。Thermo Fisher Scientific公司^[⁷^]曾采用直接進(jìn)樣的方式測定色譜純甲醇中的Cl^-和SO₄^2-，該方法存在甲醇基體干擾，對Cl^-的定量產(chǎn)生一定的影響。而文獻(xiàn)[10]中提到，甲醇基體甚至?xí)?/span>Cl^-峰覆蓋，無法檢測Cl^-，因此，去除樣品中的醇類基體十分必要。

2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

配置一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在確定的色譜條件下依次進(jìn)樣分析，以3倍的信噪比（S/N=3）計算較低檢出限。四種離子的線性方程、相關(guān)系數(shù)以及較低檢出限（n=3）結(jié)果見表1。

表1 Cl^-、NO₃^-、H₂PO₄^-、SO₄²^-線性方程、相關(guān)系數(shù)和較低檢出限

分析物	線性方程	相關(guān)系數(shù)/R²	較低檢出限（mg/L）
分析物	線性方程	相關(guān)系數(shù)/R²	本文	文獻(xiàn)[7]	文獻(xiàn)[9]
Cl^-	Y=-140600+1009000X	0.9990	0.5	3	1.1
NO₃^-	Y=-194900+477700X	0.9988	0.85		3.2
H₂PO₄^-	Y=-97540+183400X	0.9992	1.2
SO₄^2-	Y=-251200+623100X	0.9996	2.0	8	4.9

從表1中可以看出，本方法具有較高的靈敏度，四種離子的較低檢出限甚至低于進(jìn)口儀器相應(yīng)指標(biāo)，這可能與進(jìn)樣體積大（200ml）有關(guān)，進(jìn)口儀器一般采用25ml進(jìn)樣量。圖2表示的是四種陰離子的線性疊加譜圖。

2.3 加標(biāo)回收率

向1.3所得樣品中添加已知量的四種離子，在確定的離子色譜條件下進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，樣品平行測定3次。實驗結(jié)果如表2所示。

表2 樣品加標(biāo)回收率

分析物	本底（mg/L）	添加濃度（mg/L）	測定值（mg/L）	回收率/%	平均回收率/%
Cl^-	3.786	1.0	4.653	97.22	99.13
			4.801	100.31
			4.779	99.85
NO₃^-	2.146	1.5	3.768	103.35	102.22
			3.671	100.69
			3.742	102.63
H₂PO₄^-	2.719	2.0	4.722	100.06	96.87
			4.659	98.73
			4.333	91.82
SO₄^2-	3.517	2.0	5.408	98.02	97.42
			5.329	96.59
			5.387	97.64

2.3 重現(xiàn)性試驗

將正丁醇樣品按照1.3的處理方法平行處理5次。5份樣品中離子的保留時間與峰面積重現(xiàn)性結(jié)果如表3所示。

表3 保留時間與峰面積重現(xiàn)性結(jié)果

分析物	保留時間/min	保留時間RSD%	峰面積	峰面積RSD%
分析物	保留時間/min	保留時間RSD%	峰面積	本文	[7]	[7]
Cl^-	2.747 2.746 2.748 2.757 2.749	0.16	332880 328402 330050 329605 335070	0.82	0.61^a	0.40^b
NO₃^-	5.385 5.384 5.381 5.400 5.391	0.14	309400 307020 311236 313564 310989	0.78
H₂PO₄^-	8.592 8.591 8.594 8.602 8.597	0.05	165310 165055 168430 167180 166011	0.84
SO₄^2-	11.255 11.257 11.271 11.276 11.277	0.09	547286 550020 549225 555977 550578	0.59	0.53^a	1.90^b

注：a為1.0mg/L連續(xù)進(jìn)樣10次的重現(xiàn)性，b為10.0 mg/L連續(xù)進(jìn)樣10次的重現(xiàn)性

從表2可以看出本方法穩(wěn)定、可靠，回收率較好。從表3中可已看出，本文所述方法無論是保留時間還是峰面積都具有較高的重現(xiàn)性，結(jié)果與進(jìn)口儀器相當(dāng)。在Thermo Fisher Scientific公司^[⁷^]提供的方法中，由于SO₄^2-在甲醇中溶解度有限，10mg/L SO₄^2-會逐漸流失，致使峰面積重現(xiàn)性較差（n=10,RSD%=1.90）。重現(xiàn)性疊加譜圖見圖3。

3.結(jié)論

以PIC-10離子色譜檢測生物丁醇（中試產(chǎn)品）中的無機(jī)陰離子。其較低檢出限范圍：0.5-2.0mg/L（S/N=3）；回收率范圍：96.8% - 102.2% ；重現(xiàn)性范圍：0.59% - 0.84%。本方法無丁醇基體干擾，靈敏度高，重現(xiàn)性結(jié)果與進(jìn)口儀器相當(dāng)，適用于生物丁醇行業(yè)的常規(guī)質(zhì)檢。

筆者鄭重推薦，本方法可應(yīng)用于生物丁醇研制行業(yè)的例行檢測。

本研究在樣品處理上將開展氧彈燃燒法實驗，它將進(jìn)一步加快樣品處理的速度。

該中試樣品中氯離子，硫酸根等四種無機(jī)陰離子均在譜圖中明顯可見。與筆者所接觸的更別的產(chǎn)品相比，硝酸根等有偏高的跡象^[¹¹^]。建議進(jìn)一步優(yōu)化生物丁醇的提取工藝。

4.參考文獻(xiàn)

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THE DETERMINATION OF INORGANIC ANIONS IN BIO-BUTANOL SAMPLE WITH ION CHROMATOGRAPHY

Hou Qianhui ¹ Wang Cunjin¹Du Xiaolei¹Yu Jijin²

（1. QingDao Puren Instrument. Com.Ltd, Qingdao 266043 2. QingDao University，Qingdao 266071）

Abstract：Cl^-and some inorganic anionsin butanol sample were determined with China’s ion chromatography. The detection limits（S/N=3）, recovery and reproducibility were in the range of 0.5 – 2.0 mg/L, 96.8% - 102.2% and 0.59% - 0.84% respectively. The method showed short analytical period（in 14 min）, no butanol matrix interference, higher sensitivity, and the reproducibility is as good as imported instrument.

Key Words：Bio-butanol, ion chromatography, conductivity detection, matrix

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