生物柴油檢測現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李海軍

摘 要 能源和環(huán)境問題已經(jīng)成為當(dāng)前人類面前的兩個巨大挑戰(zhàn)。而今石油資源日益枯竭，尋找其替代品勢在必行。生物柴油不僅能有效替代石化柴油，而且還能成功避免石化柴油帶來的環(huán)境污染問題。生物柴油的檢測方法也變得很重要，文章主要評述了液相色譜、氣相色譜以及紅外光譜（近紅外和中紅外）等技術(shù)在生物柴油領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，探討了這些分析技術(shù)的優(yōu)越性及可能存在的局限性，并對其應(yīng)用前景進行展望。

關(guān)鍵詞 生物柴油；檢測；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TE667 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0004-02

生物柴油是一種以動植物油脂為原料與低級醇經(jīng)酯交換反應(yīng)得到的脂肪酸單烷基酯，主要成分是脂肪酸甲酯，一方面它不僅可以代替化石柴油，而且具有其沒有的優(yōu)良特性。由于全球石油資源日益枯竭，而且由此帶來的環(huán)境污染問題的加劇，人們越來越重視生物柴油的研發(fā)和生產(chǎn)。生物柴油成分非常復(fù)雜，這是制備工藝和原料來源差異再加上純化技術(shù)的不同造成的，但就脂肪酸甲酯的種類就達到了七種，包括油酸甲酯、亞麻酸甲酯、硬脂酸甲酯、棕櫚酸甲酯、亞油酸甲酯等。此外，游離脂肪酸、殘留甲醇、殘存催化劑、甾醇、磷脂、堿金屬、游離甘油、甘油一酯、甘油二酯、甘油三酯等也會存在于生物柴油中，這些化學(xué)組成決定了生物柴油的物理性質(zhì)同時也會對其品質(zhì)帶來巨大影響。比如，如果甘油三脂對脂肪酸甲酯的轉(zhuǎn)化率低于某個值，也就意味著游離甘油和總甘油就會超標(biāo)，而這些沉積物將會嚴重阻塞發(fā)動機閥門和活塞；生物柴油的閃點跟殘留的微量甲醇有著密不可分的關(guān)系等。因此，快速定量定性分析生物柴油生產(chǎn)過程中的上中下游不同階段的化學(xué)組成具有重要意義。目前，測定生物柴油中常見組分含量的方法主要有，高效液相色譜（HPLC），氣象色譜（GC）以及紅外光譜等，本文分別評價了這三種方法在生物柴油檢測中的應(yīng)用。

1 高效液相色譜法（HPLC）在生物柴油檢測中的應(yīng)用

高效液相色譜法（high perfo rm ance liqu id chroma tog raphy，簡稱HPLC）是在經(jīng)典液相色譜的基礎(chǔ)上，引入氣相色譜的理論與實驗方法發(fā)展起來的一種色譜方法。它興起于20世紀(jì)60年代，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展各方面已經(jīng)臻于完善成為一種現(xiàn)代實用高效的分離分析技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)保、石油化工等領(lǐng)域。與經(jīng)典的液相色譜法比較而言，它分離物質(zhì)更加高效、分析手段更加快捷靈敏。主要原因可歸結(jié)為：流動相改為高壓輸液泵輸送，分析時間大大縮短；填料形態(tài)規(guī)則均勻且小尺寸（10 μm以下）加速了流動相的傳質(zhì)，大大提高了分離效率；高靈敏度的檢測器也提高了樣品檢測靈敏度。此外，高效液相色譜法還具有操作相對容易、準(zhǔn)確度高、色譜穩(wěn)定性好和重現(xiàn)性好等優(yōu)點。HPLC檢測的原理是根據(jù)待測成分在在固定相和流動相之間的親和力、吸附能力、離子交換或分子阻排作用等的差異進行連續(xù)多次分配，從而將各成分與其他雜質(zhì)進行有效分離，實現(xiàn)對其鑒定、檢查和含量測定的目的。由于生物柴油的各種組分包括脂肪酸甲酯、單脂肪酸甘油酯、二脂肪酸甘油酯等，它們保留時間不同，理論上是可以利用HPLC法將這些組分分離的。李一哲等采用超高效液相色譜（UPLC）聯(lián)合蒸發(fā)光散射檢測器（ELSD）來進行生物柴油中11種常見的脂肪酸及脂肪酸甲酯的分離，并進行了定量分析。而李蓉用同樣的方法測定了生物柴油中游離甘油的含量。田雪等將高效液相色譜和薄層層析色譜聯(lián)合使用對棉籽油和棉籽油生物柴油進行定量分析，結(jié)果表明：二者聯(lián)合使用不僅使樣品組分得到了很好的分離，而且線性關(guān)系良好。李凱欣等建立了使用高效液相色譜法測定了存在于麻楓油生物柴油中4種主要脂肪酸甲酯，得到了很好的分離效果，而且線性相關(guān)性和重復(fù)性都很好。

雖然高效液相色譜法已經(jīng)在生物柴油檢測領(lǐng)域得到了廣泛的認可和使用，在技術(shù)水平和自動化水平都表現(xiàn)出了較強的優(yōu)勢，然而由于脂肪酸甲酯自身紫外吸收較弱，高效液相色譜一般不使用紫外或者示差折光檢測器，而更多的使用蒸發(fā)光散射檢測器對其進行定量分析，，目前這種檢測器還不普及，存在著較多的影響因素，所以使用高效液相色譜法對生物柴油中甲酯成分、進行定量定性分析受到了一定的限制。

2 氣相色譜（GC）在生物柴油檢測中的應(yīng)用

氣相色譜分析于1952年出現(xiàn)，經(jīng)過50年的發(fā)展已經(jīng)成為重要的近代的分析手段之一。氣相色譜法（gas chromatography簡稱GC）是色譜法的一種，是以氣體作為流動相的一種色譜法。所測樣品組分在流動相和固定相之間能夠可以瞬間地達到平衡的原因是因為樣品組分在氣體流動相中比在液體流動相中傳遞的速度要快。另外由于固定相選擇普遍性廣，物質(zhì)分離效率高，分析速度也大大加快；同時由于較高的靈敏度，檢測時所用樣品量很少。近幾年來又使用多種高靈敏度的檢測器裝置，使它又具有高靈敏度分析的能力，從而為實現(xiàn)廣范應(yīng)用打下基礎(chǔ)。在石油類工業(yè)和化工類工業(yè)中，可使用此法來檢測原料和產(chǎn)品；在農(nóng)業(yè)上可用來監(jiān)測農(nóng)作物和弄產(chǎn)品中農(nóng)藥的殘留含量；在保護生態(tài)環(huán)境工作中高效氣象色譜法可以用來檢測環(huán)境污染指標(biāo)。目前應(yīng)用在檢測生物柴油組分中，氣象色譜應(yīng)用最為廣泛。Zakaria Mana等通過GC手段檢測通過酯交換反應(yīng)獲得的棕櫚油生物柴油的產(chǎn)率。Y.A. Elsheikh等用高游離脂肪酸和天然棕櫚油合成脂肪酸甲脂，并通過GC檢測其效率。氣相色譜法具有高效能、高選擇性、高靈敏度，分析速度快、樣品用量少、定性重復(fù)性好、定量精度高、設(shè)備簡單、易實現(xiàn)自動化、這些優(yōu)勢使得氣相色譜在生物柴油檢測中得到了廣泛應(yīng)用。

生物柴油中脂肪酸甲酯組成經(jīng)常使用氣相色譜內(nèi)標(biāo)法來測定，十七烷酸甲酯經(jīng)常被用作內(nèi)標(biāo)物。但是為了要求檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，對內(nèi)標(biāo)物的純度有很高的要求。然而，在生物柴油研究匯總，吳蘇喜等人大膽創(chuàng)新的使用十三烷酸甲酯、水楊酸甲酯等作為內(nèi)標(biāo)物對脂肪酸甲酯進行定量分析。同時甘油一酯、甘油二酯、甘油三酯也可以使用高效氣相色譜法來測定，只是由于它們組成較多，譜圖也相應(yīng)復(fù)雜，可與質(zhì)譜配合使用進行仔細分析。400e，對儀器要求較高。endprint

3 紅外光譜在生物柴油分析中的研究和應(yīng)用進展

紅外光譜工作的原理是根據(jù)有機物分子中的不同化學(xué)鍵或官能團在紅外光照時，發(fā)生震動的頻率會有所不同，從而可以獲得化合物官能團和化學(xué)鍵信息。在石油生產(chǎn)中，會大量使用溶劑和試劑來檢測原料油中游離脂肪酸的含量和油脂的碘價、皂化值等指標(biāo)，操作起來非常繁瑣。而這些測試如果使用紅外光譜將會變得快速簡便。

TG是生物柴油的主要成分，除此之外，還有少量的水和游離脂肪酸，它們對生物柴油的產(chǎn)率和質(zhì)量都會帶來不利的影響。此外，在堿性催化劑使用的條件下，TG的水解產(chǎn)物游離脂肪酸（FFA）會參加酯交換反應(yīng)生成脂肪皂，從而影響生物柴油和甘油的沉降分離，降低生物柴油的吸收率。Aryee等在FFA含量為0%～6.5%濃度范圍內(nèi)，采用紅外光譜法進行了定量分析，而且結(jié)果顯示有很高的重復(fù)性。同時，水分含量也是衡量原料油品質(zhì)好壞的一個重要指標(biāo)，由于水分子中的羥基在中紅外（MIR）區(qū)域有較強的特征吸收峰，所以其含量的測定可以通過MTR來實現(xiàn)。Che Man等將MIR光譜與偏最小二乘（PLS）法結(jié)合起來成功的測定出毛棕櫚油中的水分含量。近年來，MIR和NIR光譜方法也開始用來監(jiān)測生物柴油的生產(chǎn)過程。最早是Knothe應(yīng)用NIR光纖探頭的方式監(jiān)測大豆油的酯交換反應(yīng)。MIR/NIR光譜技術(shù)已在生物柴油整個產(chǎn)業(yè)鏈中得到關(guān)注，并在有些環(huán)節(jié)得到了實際應(yīng)用。除了將MIR/NIR應(yīng)用于原料油成分分析和生產(chǎn)過程監(jiān)測外，像副產(chǎn)品粗甘油的品質(zhì)分析也得到了廣泛使用。

4 結(jié)束語

生物柴油作為新型的綠色能源，在世界各國已經(jīng)投入不同的生產(chǎn)。隨著市場對生物柴油需求的日益增長，生物柴油的檢測也隨之具有重要意義，HPLC、GC、MIR/NIR 等技術(shù)發(fā)揮越來越重要的意義，各種儀器的聯(lián)用也將會更加精確，更加簡便的用到生物柴油的檢測當(dāng)中。

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