申请日2019.02.01
公开(公告)日2019.06.14
IPC分类号G01N30/02; G01N30/06
摘要
本发明提供了一种生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，该方法首次采用微波辅助破乳与分散液液微萃取技术结合，克服了传统分散液液微萃取方法中使用离心进行破乳的问题，具有操作简单、富集倍数高、耗时短等特点，采用微波辐射破乳技术，使得乳浊液迅速变澄清而不需额外的离心设备，本发明操作简便且操作时间短，可以适用于不同体积样品的前处理操作，应用本发明能结合实际，是一种能够快速高效萃取分析生物柴油废水中的脂肪酸甲酯的新方法。
权利要求书
1.一种生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)样品前处理
在生物柴油废水待测样品中加入萃取溶剂，超声乳化30～120s，再置于功率100～300W微波下处理2min破乳，吸取上层萃取溶剂相，即为样品溶液;
所述待测样品与萃取溶剂的体积比为1000：3～5;
所述萃取溶剂为甲苯、乙酸乙酯或正己烷;
(2)样品检测
将步骤(1)所得样品溶液注入气相色谱-质谱联用仪进行分析，得到样品气相色谱质谱总离子流图;
气相色谱条件：色谱柱为DB-5MS;进样口温度：250℃，分流进样，分流比8：1;柱温在40℃保留1min，然后以20℃/min升到160℃，保持1min;接着以5℃/min升至165℃;再以3℃/min升至198℃;最后以5℃/min升到290℃，保持15min;载气为高纯氦气，流速为0.8mL/min，进样量1μL;
质谱条件：电子轰击离子源，电子能量为70eV;采用全扫描模式，扫描范围在45～550m/z;离子阱温度为180℃，传输线温度为250℃，箱体温度为50℃;扫描速度为3scans/s，溶剂延迟为5min;
(3)建立标准曲线
取棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的标准物质，先以无水乙醇为溶剂配制混标溶液，再用去离子水稀释，配制标准曲线工作溶液;将所得标准曲线工作溶液先按步骤(1)中的前处理方法进行处理，再于步骤(2)中的检测条件下进行检测，得到标准物质的气相色谱图和质谱图，以气相色谱图中的标准物质特征峰面积值为纵坐标，标准曲线工作溶液中的标准物质浓度为横坐标，分别绘制棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的标准曲线;
所述标准曲线工作溶液中，棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯的浓度范围各自在0.2～5mg/L;
(4)获取样品中脂肪酸甲酯的测定结果
将样品谱图与标准物质谱图进行对照，对样品中所含脂肪酸甲酯进行定性;
将样品谱图中各脂肪酸甲酯的特征峰面积值代入步骤(3)建立的标准曲线中，计算得到样品中脂肪酸甲酯的含量。
2.如权利要求1所述的生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超声的功率为250W，超声乳化的时间为60s。
3.如权利要求1所述的生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，步骤(1)中，所述微波的功率为200W。
4.如权利要求1所述的生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，步骤(1)中，所述待测样品与萃取溶剂的体积比为1000：3.5。
5.如权利要求1所述的生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，步骤(1)中，所述萃取溶剂为甲苯。
6.如权利要求1所述的生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混标溶液中，棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯浓度均为10mg/L。
7.如权利要求1所述的生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，所述生物柴油废水来自以下生物柴油的制备过程：
将食用油、甲醇、氢氧化钾混合，在60～70℃、微波功率400～900W、超声功率500～1000W的条件下反应1～6min，之后加入冰乙酸终止反应，反应液用去离子水清洗，收集洗涤废水，即为生物柴油废水;
所述食用油、甲醇、氢氧化钾的质量比为34.7：15.4：1;
所述冰乙酸的体积用量以氢氧化钾的质量计为20mL/g;
所述去离子水的体积用量以氢氧化钾的质量计为980mL/g。
8.如权利要求7所述的生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，其特征在于，所述食用油为：大豆油、玉米油或橄榄油。
说明书
生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法
(一)技术领域
本发明涉及一种生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，具体涉及一种微波破乳的分散液液微萃取技术结合气相色谱/质谱法分析测定生物柴油废水中脂肪酸甲酯的方法。
(二)背景技术
植物油经常含有游离脂肪酸、磷脂、甾醇、水、异味物质以及其它杂质。因为这些原因，油脂不能被直接用作燃料。为了克服这些问题，需要对油脂进行轻微的化学修饰，主要是转酯化、热解以及乳化。在这些方法中，转酯化是用于从植物油生产较清洁并且对环境安全的燃料的关键的最重要的步骤。生物柴油是从可再生的原料(这里说的可再生原料例如植物油或动物脂肪)衍生出的长链脂肪酸的单烷基酯，可用于压燃式发动机。
生物柴油被认为是可能性的常规柴油燃料的替代品，它通常由脂肪酸甲酯组成，而脂肪酸甲酯能够利用植物油中的甘油三酯与甲醇的转酯化反应制备得到。所得的生物柴油在主要燃料特征上与常规柴油燃料非常类似。可用于生产生物柴油的方法包括：热裂解、微乳化、直接使用植物油，以及转酯化。经过许多年的过程开发之后，生物柴油的制备方法早已不局限于常规加热和搅拌。各种过程强化技术，例如超声、微波辐射，已经在该领域的实验规模研究中大量应用，并且被证明具有高效提高生物柴油产率的能力。超声波能够有利于造成液体中的空化效应，大体上能够以气泡崩解产生较小的微滴尺寸的分散相的形式提高乳化效应。当超声强度，也就是超声功率/辐射面积的值增加时，声学振幅增加，空化气泡将会发生更剧烈的坍塌。空化气泡的坍塌越严重，喷射速度以及油脂相和甲醇相之间的相边界上的微观混合就会更高、更充分。超声辐射已经被应用于各种原料的转酯化中，例如大豆油、牛油、餐饮废油、麻风果油以及粗棕榈油，并得到了令人满意的效率。
微波的辅助同样对于油脂转酯化有利，在某种程度上，其造成的效率提升程度经常比超声波还要高出很多。Patil等人发现微波辐射方法所需的能量比常规加热方法所需的能量低了23倍，这表明在适当的功率耗散控制下，可以实现对微波能量的有效使用并且降低能量需求。当水加入到分离装置中时，一些脂肪酸甲酯会粘附在与水层接触的容器表面上。当水被放出时，粘附的脂肪酸甲酯随着水一起流出。这导致了脂肪酸甲酯在废水中的残留，并且为将脂肪酸甲酯视为环境污染物进行监测带来了必要性。脂肪酸甲酯具有毒性，并且不能够轻易地被生物降解，水中残留大量脂肪酸甲酯对环境不利。此外，脂肪酸甲酯的油性会促进其它有机污染物富集在其中。因此，有必要研究出快速、简单的方法用于分析水中的微量脂肪酸甲酯。而将脂肪酸甲酯从水中富集到有机溶剂中将是关键点。谈到富集，分散液液微萃取是水中污染物富集的最常用技术之一。
分散液液微萃取的大致过程是将少量提取剂与大量液体基质的乳化，随后进行破乳并取出提取剂用于分析。当分析物的浓度过低，以致于无法使用常规液液萃取技术分离时，分散液液微萃取尤其能够体现其不可替代的效用。分散液液微萃取在分析领域的最新应用研究包括苏丹染料、甲巯丙脯酸、食品中的铁、牛奶中的脂肪酸的测定。在分散液液微萃取的具体步骤中，破乳相对来说更受关注，因为乳化从来都是容易实现的。破乳技术大体上分为三类，即化学处理、生物处理、物理处理，而物理性破乳包括重力沉降、离心、pH调节、热处理(包括常规加热、微波辐射以及冷冻-解冻)、过滤、电破乳，以及膜分离等。在文献报导中分散液液微萃取更多的是用离心法实现破乳，该过程消耗较多时间，此外，还引起潜在的样品体积限制，因为离心机采用特定的离心管，具有固定的尺寸，这就意味着可以采用的样品体积范围较窄。尤其当测试大体积样品时，该过程很不方便，因为大体积样品需要大规模离心机，以及相应的高成本。因此，人们一直期待并尝试离心法的替代途径。
最有希望替代离心法的方法之一就是冒泡辅助破乳，在该方法中，提取容器中用物理或化学手段创造的气泡能够实现破乳。冒泡辅助分散液液微萃取途径在水、葡萄汁中的除草剂和抗真菌剂以及各种果汁中的抗真菌剂的测定中具有成功应用。在我们团队中，冒泡破乳主要是借助于原位化学法产生的CO2的使用而实现的，该技术被证明有利于分散液液微萃取在水中的15种三唑类抗真菌剂和16种拟除虫菊酯的测定中的应用。微波破乳是较为新颖的破乳方法，其先驱性研究工作最初是由Wolf在1986年完成的。该类方法在最近几年备受关注，相关文献报导主要涉及打破油包水型乳液的用途。在这些报导中，本发明致力于设计一种超声-微波同时辅助制备生物柴油和微波破乳的分散液液微萃取技术结合气相色谱/质谱法分析测定其废水中的脂肪酸甲酯。该方法可对生物柴油废水中的脂肪酸甲酯进行富集，并在此基础上进行分析测定。
(三)发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种微波破乳的分散液液微萃取技术结合气相色谱/质谱法分析测定生物柴油废水中的脂肪酸甲酯的方法。本发明方法具有操作简单、富集倍数高、快速的特点，是一种能够快速高效萃取生物柴油废水中的脂肪酸甲酯的新方法。
本发明的基本构思充分利用了分散液液微萃取分散，微波破乳技术，使得乳浊液迅速变澄清。本发明的方法，操作简便且操作时间短，不需要借助其他离心等设备，可以适用于不同体积样品的前处理操作。同时该方法适用于可对其他废水中的物质进行富集，并在此基础上进行分析测定。
本发明的技术方案如下：
一种生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定方法，所述方法包括如下步骤：
(1)样品前处理
在生物柴油废水待测样品中加入萃取溶剂，超声(功率为250W)乳化30～120s(优选60s)，再置于功率100～300W(优选200W)微波下处理2min破乳，吸取上层萃取溶剂相，即为样品溶液;
所述待测样品与萃取溶剂的体积比为1000：3～5，优选1000：3.5;
所述萃取溶剂为甲苯、乙酸乙酯或正己烷，优选甲苯;
(2)样品检测
将步骤(1)所得样品溶液注入气相色谱-质谱联用仪进行分析，得到样品气相色谱质谱总离子流图;
气相色谱条件：色谱柱为DB-5MS(长度30m×内径0.25mm×膜厚0.25μm);进样口温度：250℃，分流进样，分流比8：1;柱温在40℃保留1min，然后以20℃/min升到160℃，保持1min;接着以5℃/min升至165℃;再以3℃/min升至198℃;最后以5℃/min升到290℃，保持15min;载气为高纯氦气(99.999%)，流速为0.8mL/min，进样量1μL;
质谱条件：电子轰击离子源(EI)，电子能量为70eV;采用全扫描模式，扫描范围在45～550m/z;离子阱温度为180℃，传输线温度为250℃，箱体温度为50℃;扫描速度为3scans/s，溶剂延迟为5min;
(3)建立标准曲线
取棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的标准物质，先以无水乙醇为溶剂配制混标溶液，再用去离子水稀释，配制标准曲线工作溶液;将所得标准曲线工作溶液先按步骤(1)中的前处理方法进行处理，再于步骤(2)中的检测条件下进行检测，得到标准物质的气相色谱图和质谱图，以气相色谱图中的标准物质特征峰面积值为纵坐标，标准曲线工作溶液中的标准物质浓度为横坐标，分别绘制棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的标准曲线;
所述标准曲线工作溶液中，棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯的浓度范围各自在0.2～5mg/L;
所述混标溶液中，优选棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯浓度均为10mg/L;
(4)获取样品中脂肪酸甲酯的测定结果
将样品谱图与标准物质谱图进行对照，对样品中所含脂肪酸甲酯进行定性;
将样品谱图中各脂肪酸甲酯的特征峰面积值代入步骤(3)建立的标准曲线中，计算得到样品中脂肪酸甲酯的含量。
本发明中，所述生物柴油废水例如来自以下生物柴油的制备过程：
将食用油、甲醇、氢氧化钾混合，在60～70℃、微波功率400～900W(优选600W)、超声功率500～1000W(优选800W)的条件下反应1～6min(优选6min)，之后加入冰乙酸终止反应，反应液用去离子水清洗，收集洗涤废水，即为生物柴油废水;
所述食用油例如：大豆油、玉米油、橄榄油等;
所述食用油、甲醇、氢氧化钾的质量比为34.7：15.4：1;
所述冰乙酸的体积用量以氢氧化钾的质量计为20mL/g;
所述去离子水的体积用量以氢氧化钾的质量计为980mL/g;
所述生物柴油废水中，含有的脂肪酸甲酯例如为下列中的至少一种：棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一种新型、有效萃取分析生物柴油废水中的脂肪酸甲酯的方法;
2、首次采用微波辅助破乳与分散液液微萃取技术结合，克服了传统分散液液微萃取方法中使用离心进行破乳的问题，具有操作简单、富集倍数高、耗时短等特点;
3、采用微波辐射破乳技术，使得乳浊液迅速变澄清而不需额外的离心设备;
4、本发明操作简便且操作时间短，可以适用于不同体积样品的前处理操作;
5、应用本发明能结合实际，是一种能够快速高效萃取分析生物柴油废水中的脂肪酸甲酯的新方法。
