废水中挥发性脂肪酸检测方案(专用色谱柱)

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理化检验学分册北京豫维科技有限公司联系人：水先生电话：18911849923PTCA(PARTB：CHEM.ANAL.)2011年第47卷1 北京豫维科技有限公司联系人：水先生电话：18911849923冯琳：顶空固相微萃取-气相色谱法测定废水中挥发性脂肪酸 工作简报 顶空固相微萃取-气相色谱法测定废水中挥发性脂肪酸 冯马 琳 (重庆师范大学化学学院，重庆 400047) 摘 要：提出了顶空固相微萃取-气相色谱法测定废水中挥发性脂肪酸(乙酸、丙酸、酸酸、戊酸、异戊酸和己酸)的含量。为使固相微萃取达到更高的效率，选择极性85 /m PA 作为微萃取头的涂层，微萃取系在 pH 1.5 的试液中进行，萃取温度及时间为25℃和20 min，在20 mL 试样溶液中加入氯化钠3.5 g作为盐析剂。用 Stabilwax-DA 毛细管色谱柱分离，火焰离子检测器检测。6种脂肪酸在一定的质量浓度范围内与其峰面积呈线性关系，相对标准偏差(n=10)均小于10.0%。 关键词：气相色谱法；顶空固相微萃取；挥发性脂肪酸；废水 中图分类号：O657.7 文献标志码： A 文章编号：1001-4020(2011)01-0086-04 GC Determination of Volatile Fatty Acids in Waste Water with HS-SPMEFENG Lin (College of Chem.， Chongqing Normal University， Chongqing 400047， China) Abstract： GC with headspace-solid phase micro-extraction (HS-SPME) was applied to the determination of 6fatty acids， i.e.， acetic acid， propionic acid， butyric acid， pentanoic acid， isopentanoic acid and hextanoic acid， inwaste water. To attain a higher efficiency in SPME， the polar 85 "m PA coating was selected for the micro-extractor， and the extraction was carried out at 25 ℃ for 20 min from the sample solution having the acidity of pH1.5， and with addition of 3. 5 g of NaCl to 20 mL of sample solution as salting out agent. The analyte wereseparated with Stabilwax-DA capillary column and detected by FID. Linear relationships between values of peak areaand mass concentration of 6 fatty acids were kept in definite ranges. Values of RSD s (n=10) of the 6 fatty acidsfound were less than 10.0%. Keywords： GC； HS-SPME； Volatile fatty acids； Waste water 挥发性脂肪酸(VFA's)产生于生活、工业废水中的碳水化合物、蛋白质和脂肪的有氧生物降解，它们也是有机物质厌氧生物降解的主要中间降解产物川。挥发性脂肪酸能强烈地影响生物营养物质(磷和氮)的去除过程[23]。在厌氧消化处理过程中，挥发性脂肪酸的积累导致不平衡的微生物菌群的出现而对厌氧过程的运行不利，甚至导致系统的运行失败，因此，监测挥发性脂肪酸的量是表征厌氧处理系统处理效果的重要指标4。基于挥发性脂肪酸具 ( 收稿日期：20 0 9-1 1- 1 9 ) ( 基金项目：重庆 师 范大学博士启动基金 ( 09XLB023) ) ( 作 者 简介：冯琳 ( 1963 一 )，女，四川温江人，博士，副教授，主要研究方向为 环境分析化 学。 ) ( 网址：www . yuweichina . com ) 有挥发性，气相色谱法(GC)结合火焰离子检测器(FID)是分析脂肪酸的主要方法。由于短链挥发性脂肪酸易挥发，极性高，亲水性强，直接分析这些化合物难度大，对挥发性脂肪酸进行衍生使其成为非极性化合物再进行气相色谱法测定5. 顶空固相微萃取(HS-SPME)是在固相萃取的基础上发展起来的绿色萃取技术，它无需有机溶剂，简化了分析过程，已广泛用于环境分析中中6。文献报道用 SPME分析挥发性脂肪酸但没有运用于实际水样的分析7，用碳分子筛-二乙烯基苯(CW-DVB)萃取纤维头 SPME 对猪场废水中的挥发性脂肪酸样品进行富集，并用气相色谱-质谱法(GC-MS)[8]引邮箱.以及用聚二硅氧烷-聚乙二醇(PDMS- CAR)涂层的 SPME 方法，结合以氢气为载气的GC-FID 测定挥发性脂肪酸及 GC 结合化学离子质谱法1101。然而，基于非衍生的直接测定挥发性脂肪酸的相关报道至今还很少。 本工作采用 HS-SPME 及气相色谱法结合火焰离子检测器技术，通过优化试验条件，建立了测定乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸和己酸的方法，为研究有机污染物降解中间产物在环境中的迁移转化及其影响因素奠定了基础。 试验部分 1.1 仪器与试剂 TRACE GC 气相色谱仪及火焰离子检测器；85-2型恒温磁力加热搅拌器； S-3D 型精密 pH 计；40 mL顶空萃取瓶。 挥发性脂肪酸标准溶液：取适量乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸、己酸和2-乙基丁酸用去离子水配制成质量浓度为1250~2500mg°L储备溶液，使用时稀释为为酸、丙酸、丁酸、2-乙基丁酸浓度250 mg°L；戊酸、异戌酸、己酸浓度60 mg°L-，并于4℃避光保存，现用现配。 内标物：1427.6"g°L2-乙基丁酸。 试剂均为分析纯，试验用水为二次去离子水。 1.2 色谱条件 Stabilwax-DA 毛细管柱(30 m×0.32 mm，0.5 m)。载气为高纯氮气(99.999%)，流量1.2 mL°min；辅助气为高纯氢气(99.999%)，检测器温度280℃，进样口温度250℃，不分流进样，时间为1 min； 恒流模式，流量1.2mL°min1；初始温度70℃，保持2 min， 以44℃°min速率升温至180℃，保持2 min， 再以20℃°min速率升温至200℃，保持3 min。 1.3 试验方法 萃取纤维头第一次使用前均需在气相色谱进样口活化2h，以后每次使用前需活化至少 30 min。移取二次水或试样溶液20 mL(用盐酸调节 pH 为1.5)及适量焙烧过的氯化钠置于 40 mL 顶空瓶中，用聚四氟乙烯垫密封。用注射器注入挥发性脂肪酸标准混合溶液和内标2-乙基丁酸(分析样品时只加入内标，在密闭的条件下用盐酸调节 pH 为1.5)。在磁力搅拌下，用 SPME 纤维头萃取一定时间后按色谱条件进行分离测定。 SPME 萃取头解析温度250℃，时间3 min。所有试验均平行测定3次。用 内标法进行定量分析。 2 结果与讨论 2.1 色谱图 挥发性脂肪酸标准溶液和废水水样的色谱图见图1. 1.乙酸 2.丙酸 3.丁酸 4.戊酸5.异戊酸 6.2-乙基丁酸 7.己酸 图1 挥发性脂肪酸标准溶液(a)和废水水样(b)的色谱图 Fig.1 Chromatograms of standard solution (a)and waste water sample (b) 2.2 萃取条件的优化 2.2.1 萃取涂层 固相微萃取涂层的极性是决定萃取效率的一个关键因素，选择合适极性的萃取涂层，可实现对特定化合物的有效萃取。试验了85 m 聚丙烯酸酯涂层(PA)、65 /m CW-DVB 涂层、65/m聚二甲硅氢烷-二乙烯基苯涂层(PDMS-DVB)和75 {m PDMS-CAR涂层等4种萃取涂层对挥发性脂肪酸标准溶液和废水样中挥发性脂肪酸的萃取效果。结果表明：CW-DVB涂层比其他萃取涂层对挥发性脂肪酸有更好的萃取效果，当对实际水样进行分析时， PA涂层对挥发性脂肪酸有较好的选择性，并且比CW-DVB有更好的械械稳定性I，而其他萃取涂层均从水样中萃取了其他的干扰物。试验选择极性的 2.2.2 萃取温度 试验了萃取温度对萃取效果的影响。结果表明：萃取温度低于25℃时，挥发性脂肪酸峰面积随萃取温度的升高而增大；萃取温度高于255℃时，乙酸、丙酸、丁酸、2-乙基丁酸和戊酸峰面积随温度升高而减小。对实际水样分析时，所有目标物的峰面积在20~45℃范围内随温度升高而增大。这与文献[11]的研究结果一致。考虑到乙酸、丙酸、丁酸、2-乙基丁酸是本试验废水样中主要的脂肪酸，以及在较高温度下，由于顶空相中高浓度盐酸的存在会对PA纤维头涂层有潜在的损害而缩短其使用寿命，试验选择25℃为挥发性脂肪酸的萃取温度。 2.2.3 萃取时间 试验了萃取时间对萃取效率的影响。结果表明：随萃取时间增加，乙酸、丙酸、丁酸、2-乙基丁酸的吸附峰面积增大，但增加的幅度不大。可能是在磁力搅拌条件下，分析物的质量转移很快并快速达到平衡的原因。考虑到灵敏性、重现性及测定的主要脂肪酸成分，试验选择萃取时间为 20 min。 2.2.4 酸度 试验了试样溶液 pH 值对萃取效率的影响。结果表明：随pH值增加 PA 涂层萃取挥发性脂肪酸的量降低，而这种酸效应在分析实际废水时更加明显。废水中脂肪酸主要以离子形式存在，特别是乙酸、丙酸、丁酸和戊酸。考虑到 pH 值为1.0时，纤维涂层存在潜在的损坏I7。试验选择试样溶液的pH 值为1.5. 2.2.5 盐效应 盐析效应使大部分挥发性脂肪酸在纤维涂层上的萃取效率随着盐的加入而增大。因为水分子更易溶剂化盐离子，加入盐使试样溶液饱和后会减少中性酸的水溶性。试验了氯化钠用量对萃取效率的影响。结果表明：随着氯化钠量增加，相对峰面积比增大；氯化钠用量在3.5~5.5g范围内，乙酸、丙酸、丁酸、2-乙基丁酸的峰面积没有明显的变化。在进行水样分析时，氯化钠超过 3.5 g时，丁酸、2-乙基丁酸、异戈酸、戊酸的峰面积有明显增加。对乙酸， 在氯化钠为3.5g时相对峰面积比达到最大值。考虑到乙酸和丙酸是废水样中主要的挥发性脂肪酸成分，试验选择20 mL 废水样中加入氯化钠 3.5 g. 2.3 标准曲线及检出限 按试验方法对挥发性脂肪酸标准溶液系列进行测定，以峰面积比对其相应质量浓度进行线性回归见表1。用所配制的标准工作溶液重复测定10次，其相对标准偏差在4.9%~9.8%之间。乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸和己酸的检出限分别为 467，62，19，12，3，3g°L 表1 挥发性脂肪酸的线性范围、线性回归方程及相关系数 Tab.1 Linearity ranges， linear regression equations andcorrelation coefficients of the volatile fatty acids 化合物 线性回归方程 线性范围 相关系数 /(g°L-I) 乙酸 v=0.0404+1.474x 1500~40 000 0.991 3 丙酸 y=-0.015 4+1.358×10-4x 70~45000 0.995 4 丁酸 v=-0.099 8+5.873×10-4x 10~35000 0.996 8 戊酸 y=-0.049+8.658×10-4x 55~6000 0.998 6 异戊酸 y=-0.139+4.197×10-4x 15~6000 0.998 7 己酸 y=-0.156+5.941×103x 15~5500 0.999 8 2.4 回收试验 按试验方法取20 mL废水样，加入适量挥发性脂肪酸标准溶液进行加标回收试验，结果表明：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸及己酸的加入量分别为2 842，1733.9，2 115.5，376.1，430.0，436.4"g°L，回收率分别为99.9%，96.1%， 104.2%，97.3%，101.7%，89.1%。 2.5 废水样分析 按试验方法对潜流人工湿地废水处理场进水口及出水口样品进行分析，测定其挥发性脂肪酸含量结果见表2。由表2可知：潜流人工湿地废水中乙酸含量最高，同时在出口处均检出其他酸。 本工作采用固相微萃取样品前处理方法减少了杂质的干扰，色谱峰分离效果好，具有良好的精密度和低的检出限，实现了同时测定废水样中多种挥发性脂肪酸。 Tab. 2 Analytical results of samples mg°L' 样品 测定值 乙酸 丙酸 丁酸 戊酸 异戊酸 己酸 进水口样 34±25 14±12 4.8±2.5 2.7±1.8 0.8±0.1 0.3±0.1 出水口样 17±12 5.1±2.0 1.3±0.7 1.2±0.7 0.1±0.05 0.12±0.05 网址：： www. yuweichina. com E邮箱water1102@163.com ( 参考文献： ) ( [1] CAI M ， L I U J ， W EI Y. 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