氣相色譜法測定廢水中6種揮發性脂肪酸含量

顧福權，徐紅娟，柳展飛，陳罡，滕飛

（1.紹興市水環境科學研究院有限公司，浙江 紹興 312000；2.杭州市蕭山區環境保護局，杭州 蕭山 311201）

引言

揮發性脂肪酸(VFA)是厭氧消化過程中的重要中間產物。有機物質厭氧消化酸化階段的主要產物就是揮發酸，甲烷菌主要利用揮發酸形成甲烷。酸化過程對揮發酸的監測可以很好的了解有機物質的降解進程，可以反映出甲烷菌的活躍程度或反應器的運行情況，較高的揮發酸濃度不僅對甲烷菌有抑制作用，對有機物質的降解也有反饋抑制作用，能強烈地影響生物營養物質 （氮和磷）的去除過程[1，2]。所以，在厭氧消化中，揮發酸是一個非常重要的監測指標[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]；國內報道氣相直接測定揮發酸水溶液需30 min測一個樣，否則結果不準確[6-8]。使用合適的氣相色譜毛細管柱，優化條件后在13 min內可以對每種脂肪酸進行有效分離且定量準確度和精密度均較好。

1 試驗部分

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 chemservice）、甲酸和硫酸。

1.2 試驗步驟

1.2.1 標準樣品制備

各稱取1.0000 g標準物質，用5%的甲酸純水溶液定容到100 mL容量瓶中，混勻，得標準儲備液（10000 mg/L），該儲備液在冰箱中可保存1a。臨用時，稀釋制備1000 mg/L的標準使用液，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。 定量分析采用外標法。

1.2.2 儀器工作條件

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

2 結果和討論

2.1 樣品pH調節對測定結果影響

一般來說，碳原子數在10以下的脂肪酸大部分具有揮發性，在測定中需控制pH保證測定準確性。必須用硫酸6 mol/L調節每個樣pH值降至3.5以下。有研究表明pH在4以上，由于揮發酸的解離度增大，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情況下測定其實際濃度，測定結果見圖1所示。從圖中可以看出當溶液的pH到達3以上，乙酸水溶液中的乙酸將迅速解離，當溶液的pH到達6以上，乙酸水溶液中的乙酸幾乎完全解離。所以在實際測定中必須對每個樣品進行pH值測定和控制。

2.2 色譜檢測拖尾問題

揮發酸由于其強極性，容易產生拖尾。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，其余物質均無明顯拖尾。方法中7個揮發性脂肪酸標準樣品的氣相色譜測定如圖2所示。

2.3 吸附和殘留影響

揮發性脂肪酸是一種易吸附物質，在實際檢測中選擇純甲酸作為吸附占據劑，因為甲酸的吸附性優于其他揮發性脂肪酸，并且在氣相色譜FID檢測器上的響應幾乎沒有。在標準配制和樣品處理階段必須加入甲酸控制色譜柱和容器對目標揮發性脂肪酸的吸附。在標準配制中使用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，反復測定5%甲酸水溶液，清洗進樣針和色譜柱，否則容易造成進樣針堵塞和毛細管柱污染。由于分流襯管污染無法避免，建議定期更換。

2.4 標準曲線及檢出限

按試驗方法對6中揮發性脂肪酸混合標準溶液進行測定，6種揮發性脂肪酸的質量濃度在0.5～100 mg/L線性范圍內與其峰面積呈線性關系，其線性回歸方程、相關系數和檢出限（10S/N）見表1。

2.5 方法的精密度和回收率

按試驗方法對高、低2種不同濃度的廢水加標，進行回收率和精密度測定，結果見表2。

由表2可以看出：該方法的加標回收率在90.9%～102.7%之間，相對標準差在1.3%～3.8%之間。

表1 #線性回歸方程、相關系數和檢出限

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。

選取紹興市水環境科學研究院有限公司污水生物處理工藝評價指標及檢測方法的研究課題樣品進行測定，ABR進水乙酸濃度為169.9 mg/L，丙酸濃度為11.3 mg/L，其余未檢出。

3 結論

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

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