氣相色譜法測定生物質(zhì)醇解產(chǎn)物中的乙酰丙酸乙酯

常 春，姜孝先，張 挺

(鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州450001)

0 引言

乙酰丙酸乙酯(Ethyl Levulinic Acid，ELA)是一種重要的化工產(chǎn)品，具有廣泛的用途.它不僅是一種新型的香料，可用于煙草香精去除尼古丁，也用于水果保鮮［1］.此外，ELA作為一種新型的液體燃料添加劑而備受關(guān)注.在柴油中添加體積分?jǐn)?shù)為2.5% ～15%的ELA后，其燃點(diǎn)、凝固點(diǎn)和氧化值完全可以滿足美國ASTM D6751柴油標(biāo)準(zhǔn)［2］.

近年來，人們對生物質(zhì)醇解轉(zhuǎn)化生成ELA的研究越來越多［3-5］.由于生物質(zhì)成分十分復(fù)雜，生成物種類很多，因此，建立一種高效、便捷的ELA分析方法顯得十分重要.氣相色譜是一種快速、高效、準(zhǔn)確的分析儀器，被廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化體系產(chǎn)物的分析.建立氣相色譜分析生物質(zhì)醇解液中ELA的方法，將有利于促進(jìn)相關(guān)研究的發(fā)展.劉稼駿曾在分析醬油成分時(shí)，提出使用頂空進(jìn)樣法分析ELA［6］，但該方法操作比較繁瑣.截至目前，有關(guān)對生物質(zhì)醇解液中ELA的分析還少見報(bào)道.據(jù)此，筆者以生物質(zhì)秸稈為原料，建立一種氣相色譜直接分析生物質(zhì)醇解液中ELA的方法，為生物質(zhì)醇解轉(zhuǎn)化ELA的研究奠定分析基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 材料

儀器:杭州科曉GC1690氣相色譜儀.

試劑:乙酰丙酸乙酯(分析純，上海阿拉丁試劑公司);正辛醇(分析純，天津科密歐試劑);葡萄糖(分析純，天津科密歐試劑);無水乙醇(分析純，天津風(fēng)船試劑).

1.2 方法

1.2.1 典型樣品溶液的制備

稱取4 g小麥秸稈加入到200 mL自制高壓反應(yīng)釜中，另加體積濃度為1%的硫酸乙醇溶液90 mL，混勻后密封反應(yīng)釜，開始升溫.溫度達(dá)到180℃后，開始計(jì)時(shí)，反應(yīng)完成后，快速冷卻至室溫，打開反應(yīng)釜，用定性濾紙將樣品過濾到100 mL容量瓶中，并用無水乙醇定容到刻度.

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱量0.726 5 g ELA和0.740 4 g正辛醇于100 mL容量瓶中，分別用無水乙醇定容到刻度，備用.

1.3 色譜操作條件

FFAP毛細(xì)管柱(30 m ×0.32 mm ×0.33 μm大連中匯達(dá)科學(xué)儀器有限公司)，氫火焰離子化檢測器(FID)，柱溫90℃，保持3 min，然后以10℃/min的速率升至210℃，再保持10 min;汽化室溫度240℃;檢測器溫度250℃;進(jìn)樣量1 μL，分流進(jìn)樣.載氣為氮?dú)?

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)標(biāo)物的選擇

試驗(yàn)分別選取苯甲酸乙酯(沸點(diǎn)212.6℃)、苯甲酸甲酯(沸點(diǎn)199.6℃)和正辛醇(沸點(diǎn)183.5℃)為3種待考察內(nèi)標(biāo)物.圖1是在設(shè)定條件下內(nèi)標(biāo)物和反應(yīng)產(chǎn)物的典型圖譜.從圖中可以看出，ELA和苯甲酸甲酯峰不能很好地分開;苯甲酸乙酯能和ELA峰較好分開，但峰基部有雜峰交叉，影響測定結(jié)果;正辛醇能和ELA分開，且在其保留時(shí)間處雜峰較少，所以選定正辛醇作為內(nèi)標(biāo)物.

圖1 ELA分析的典型色譜圖Fig.1 A typical chromatogram for ELA analysis

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在編號為 1，2，3，4，5 的10 mL 容量瓶分別加入1，2，3，4和5 mL ELA標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后各加入1 mL正辛醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，用無水乙醇定容到10 mL.每個(gè)樣品平行進(jìn)樣3次，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示.對結(jié)果進(jìn)行回歸，方程相關(guān)系數(shù)R2=0.999 7，表明線性程度良好.

圖2 ELA的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 The standard curve of ELA

2.3 樣品穩(wěn)定性研究

取3 mL秸稈醇解液樣品，加入1 mL內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)溶液，稀釋至10 mL，進(jìn)行測定，2，4，6 和 8 h后重復(fù)測定，結(jié)果見表1.

表1 樣品穩(wěn)定性研究結(jié)果Tab.1 The result of sample stability

結(jié)果表明，隨著樣品存放時(shí)間的延長，ELA濃度測定值基本不變，表明樣品具有較好的依時(shí)間穩(wěn)定性.

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

取3份秸稈醇解液樣品，分別記為樣品1、樣品2和樣品3.3組樣品各3 mL，加入1 mL內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)溶液后，稀釋至10 mL，進(jìn)行測定.對同一樣品溶液連續(xù)進(jìn)樣5次，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出ELA的濃度，結(jié)果見表2.

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The result of precision tests

結(jié)果表明，3組秸稈醇解液樣品中ELA濃度為761.6，346.2和597.8 mg/L，平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.617 5%，表明該分析方法具有較高的精密度.

2.5 加標(biāo)回收率測定

取秸稈醇解液5份，以本試驗(yàn)方法測定其ELA含量，作為原始含量.在這5份醇解液中各取4 mL，然后準(zhǔn)確加入一定量的ELA，各加入正辛醇標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL，作為加樣回收供試品溶液，按上述色譜條件測定ELA濃度，結(jié)果如表3.從表中可以看到，加標(biāo)回收試驗(yàn)的平均回收率為100.8%，RSD為1.614%.

表3 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 The result of standard recovery tests

3 結(jié)論

利用氣相色譜可以直接測定生物質(zhì)醇解液中ELA的含量.在FFAP毛細(xì)管柱中，ELA和內(nèi)標(biāo)物正辛醇具有較好的分離效果，通過對標(biāo)準(zhǔn)曲線測定回歸，方程相關(guān)系數(shù)R2=0.999 7，表明線性程度良好.通過樣品穩(wěn)定性研究，表明樣品濃度依時(shí)間變化不顯著.樣品精密度試驗(yàn)的平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.617 5%，表明該分析方法具有較高的精密度.加標(biāo)回收試驗(yàn)的平均回收率為100.8%，RSD為1.614%，進(jìn)一步表明該方法能夠有效地測定生物質(zhì)醇解液中ELA的含量.以上結(jié)果表明:氣相色譜法能夠直接進(jìn)行生物質(zhì)醇解液中ELA的分析測定，是一種高效、便捷的分析方法.

［1］何柱生，趙立芳.分子篩負(fù)載TiO2/SO42-催化合成乙酰丙酸乙酯的研究［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用.2001，13(5):537-539.

［2］HEM J，BRYAN R M，JOE T，et al.Ethyl levulinate:a potential bio-based diluent for biodiesel which improves cold flow properties［J］.Biomass and bioenergy，2011，35(7):3262-3266.

［3］GARVES K.ACID catalyzed degradation of cellulose in alcohols［J］.Journal of Wood Chemistry and Technology.1988，8(1):121-134.

［4］OLSON E S，KIELDEN M R，SCHLAG A J，et al.Levulinate esters from Biomass wastes［J］.American Chemical Society.2001，784:51-56.

［5］PENG Lin-cai，LIN Lu，ZHANG Jun-hua，et al.Solid acid catalyzed glucose conversion to ethyl levulinate［J］.Applied CatalysisA:General，2011，397(1/2):259-265.

［6］劉稼駿.頂空進(jìn)樣氣相色譜法測定醬油中乙酰丙酸［J］.中國調(diào)味品，2002，6(6):42-44.