氣相色譜法測定廢水中6種揮發(fā)性脂肪酸含量

顧福權(quán)，徐紅娟，柳展飛，陳罡，滕飛

（1.紹興市水環(huán)境科學(xué)研究院有限公司，浙江 紹興 312000；2.杭州市蕭山區(qū)環(huán)境保護(hù)局，杭州 蕭山 311201）

引言

揮發(fā)性脂肪酸(VFA)是厭氧消化過程中的重要中間產(chǎn)物。有機(jī)物質(zhì)厭氧消化酸化階段的主要產(chǎn)物就是揮發(fā)酸，甲烷菌主要利用揮發(fā)酸形成甲烷。酸化過程對(duì)揮發(fā)酸的監(jiān)測可以很好的了解有機(jī)物質(zhì)的降解進(jìn)程，可以反映出甲烷菌的活躍程度或反應(yīng)器的運(yùn)行情況，較高的揮發(fā)酸濃度不僅對(duì)甲烷菌有抑制作用，對(duì)有機(jī)物質(zhì)的降解也有反饋抑制作用，能強(qiáng)烈地影響生物營養(yǎng)物質(zhì) （氮和磷）的去除過程[1，2]。所以，在厭氧消化中，揮發(fā)酸是一個(gè)非常重要的監(jiān)測指標(biāo)[3]。目前在使用有滴定法，分光光度法和氣相色譜法。但滴定法和分光光度法都只能測定總量，并且干擾因素比較多，不利于精確分析[4，5]；國內(nèi)報(bào)道氣相直接測定揮發(fā)酸水溶液需30 min測一個(gè)樣，否則結(jié)果不準(zhǔn)確[6-8]。使用合適的氣相色譜毛細(xì)管柱，優(yōu)化條件后在13 min內(nèi)可以對(duì)每種脂肪酸進(jìn)行有效分離且定量準(zhǔn)確度和精密度均較好。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

安捷倫6890氣相色譜儀（氫火焰檢測器），色譜柱（DB-FFAP30m×0.25mm×0.25μm）。

乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸、戊酸（純物質(zhì) chemservice）、甲酸和硫酸。

1.2 試驗(yàn)步驟

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品制備

各稱取1.0000 g標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用5%的甲酸純水溶液定容到100 mL容量瓶中，混勻，得標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（10000 mg/L），該儲(chǔ)備液在冰箱中可保存1a。臨用時(shí)，稀釋制備1000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液，分別取 0.5，1.0，3.0，6.0，10.0 mL 使用液到 100 mL 容量瓶中，定容混勻，該曲線濃度分別為5，10，30，60，100 mg/L。 定量分析采用外標(biāo)法。

1.2.2 儀器工作條件

進(jìn)樣口溫度250℃；柱溫初始80℃，保持5 min，以10℃/min的速率升溫，最終達(dá)到220℃，保持3 min；檢測器溫度為270℃；載氣流速為1.5 ml/min；進(jìn)樣量為 2 μL 分流比 20：1。

2 結(jié)果和討論

2.1 樣品pH調(diào)節(jié)對(duì)測定結(jié)果影響

一般來說，碳原子數(shù)在10以下的脂肪酸大部分具有揮發(fā)性，在測定中需控制pH保證測定準(zhǔn)確性。必須用硫酸6 mol/L調(diào)節(jié)每個(gè)樣pH值降至3.5以下。有研究表明pH在4以上，由于揮發(fā)酸的解離度增大，各脂肪酸的測定值將迅速降低[9]。以100 mg/L乙酸水溶液為例，在不同的pH情況下測定其實(shí)際濃度，測定結(jié)果見圖1所示。從圖中可以看出當(dāng)溶液的pH到達(dá)3以上，乙酸水溶液中的乙酸將迅速解離，當(dāng)溶液的pH到達(dá)6以上，乙酸水溶液中的乙酸幾乎完全解離。所以在實(shí)際測定中必須對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行pH值測定和控制。

2.2 色譜檢測拖尾問題

揮發(fā)酸由于其強(qiáng)極性，容易產(chǎn)生拖尾。要消除拖尾，一是要選擇合適的極性柱（如DB-FFAP），二是采用程序升溫法。采用極性柱能將揮發(fā)酸系列分離開來，采用程序升溫，能減少甚至消除拖尾。按照目前的方法和選用的柱子，除丙酸有一些拖尾外，其余物質(zhì)均無明顯拖尾。方法中7個(gè)揮發(fā)性脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)樣品的氣相色譜測定如圖2所示。

2.3 吸附和殘留影響

揮發(fā)性脂肪酸是一種易吸附物質(zhì)，在實(shí)際檢測中選擇純甲酸作為吸附占據(jù)劑，因?yàn)榧姿岬奈叫詢?yōu)于其他揮發(fā)性脂肪酸，并且在氣相色譜FID檢測器上的響應(yīng)幾乎沒有。在標(biāo)準(zhǔn)配制和樣品處理階段必須加入甲酸控制色譜柱和容器對(duì)目標(biāo)揮發(fā)性脂肪酸的吸附。在標(biāo)準(zhǔn)配制中使用5%的甲酸溶液作為稀釋用水，在樣品處理階段在離心完成后，先取0.15 ml甲酸再取3 ml上清液混勻測定。在測定完成后，反復(fù)測定5%甲酸水溶液，清洗進(jìn)樣針和色譜柱，否則容易造成進(jìn)樣針堵塞和毛細(xì)管柱污染。由于分流襯管污染無法避免，建議定期更換。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

按試驗(yàn)方法對(duì)6中揮發(fā)性脂肪酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，6種揮發(fā)性脂肪酸的質(zhì)量濃度在0.5～100 mg/L線性范圍內(nèi)與其峰面積呈線性關(guān)系，其線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限（10S/N）見表1。

2.5 方法的精密度和回收率

按試驗(yàn)方法對(duì)高、低2種不同濃度的廢水加標(biāo)，進(jìn)行回收率和精密度測定，結(jié)果見表2。

由表2可以看出：該方法的加標(biāo)回收率在90.9%～102.7%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差在1.3%～3.8%之間。

表1 #線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限

表2 方法的回收率與精密度（n=5）

2.6 樣品的測定

取樣品7 mL加入2滴6 mol/L硫酸使pH值降至3.0左右 （用pH試紙粗測），在離心機(jī)上6000r/min離心25 min，取上層透明清液3 mL，加入0.15 mL濃甲酸，最終pH值為2.0左右（控制在3.0以下）。取水樣在氣相色譜上測定。

選取紹興市水環(huán)境科學(xué)研究院有限公司污水生物處理工藝評(píng)價(jià)指標(biāo)及檢測方法的研究課題樣品進(jìn)行測定，ABR進(jìn)水乙酸濃度為169.9 mg/L，丙酸濃度為11.3 mg/L，其余未檢出。

3 結(jié)論

使用氣相色譜法測定揮發(fā)性脂肪酸簡單、方便、有效。選用DB-FFAP柱對(duì)各種物質(zhì)可以較好的分離，消除了拖尾帶來的不良影響。方法線性較好，檢出限、準(zhǔn)確度和精密度均能滿足檢測要求。

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