離子色譜法檢測生物丁醇中的無機陰離子

杜曉磊，夏春，王存進，侯倩慧，余季金

(1.青島普仁儀器有限公司，山東青島 266043； 2.青島市計量測試所，山東青島 266101； 3.青島大學，山東青島 266071)

21世紀以來，世界經濟高速發展，自然資源以前所未有的速度被消耗著，一些重要資源如石油甚至面臨枯竭的危險，世界各國紛紛研究可以替代的產品。目前汽油的燃料替代品以生物丁醇的研究和生產最為熱門。生物丁醇之所以被視為一個替代乙醇的更好燃料添加劑，是因為它比乙醇具有更低的蒸氣壓和更高的能量密度，也可以和汽油以非常高的比例混合。尤其是丁醇的辛烷值和汽油更接近[1]。與化石燃料相比，生物丁醇具有更強的可再生能源的特征。

早期的生物丁醇是利用玉米和大麥等多種谷類作物發酵制取的，現在業界主要使用秸稈和木質種類的纖維發酵生產丁醇[2]。隨著生物丁醇發酵和相關分離技術的日益完善，其產品的價格也將日益降低。

不同的發酵原料要求生物丁醇生產工藝有所不同。為了保證產品的質量，必需對其中的雜質進行例行檢測。生物丁醇中過量的無機陰離子，可能會對機動交通工具的引擎產生腐蝕作用，其排放的尾氣，也將影響大氣的質量[3-5]。

目前測定醇類物質中無機陰離子的標準方法一般采用離子選擇電極法、比色法、沉淀滴定等方法，此類方法操作復雜、存在基體干擾大、準確度低等缺點[6]。已有的文獻表明，離子色譜法測定醇類物質中的等無機陰離子具有操作簡便、準確度高、重現性好等優點[7-8]。筆者應用國產離子色譜儀測定了生物丁醇中Cl-等無機陰離子的濃度，無丁醇基體干擾，靈敏度高，重現性好，為生物丁醇中無機陰離子的測定提供了一種可靠的方法，該方法目前在國內外尚未見文獻報道。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

離子色譜儀：PIC-10A型，青島普仁儀器有限公司；

可調萬用電爐：龍口市電爐制造廠；

Na2CO3，NaHCO3：分析純，上海埃彼化學試劑有限公司；

Cl-標準溶液：濃度均為1000 mg／L，國家標準物質研究中心；

30% H2O2溶液：分析純，煙臺三和化學試劑有限公司；

生物丁醇樣品：某研制單位的生物丁醇中試產品；

實驗用水為超純水(Millipore純水機制得，電阻率大于18.2 MΩ·cm)。

1.2 色譜條件

色譜柱：NJ-SA-4A陰離子交換分離柱(250 mm×4.6 mm)；淋洗液：1.92 mmol／L Na2CO3-1.8 mmol／L NaHCO3混合液，流速為 1.3 mL／min；進樣體積：200 μL。

1.3 樣品預處理

在50 mL燒杯中加入10 mL生物丁醇樣品和2 mL H2O2，混勻，靜置約5 min。把燒杯置于電爐上，使用低溫檔加熱(在通風櫥中操作)，使液態樣品慢慢蒸發。當樣品接近蒸干時(體積大約1 mL)，停止加熱，讓樣品自然冷卻5 min。加入20 mL去離子水，溫熱溶解潮鹽，再冷卻至室溫。將樣品轉移定容至100 mL容量瓶中。樣品經過0.22 μm濾膜，進行IC檢測。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇

分析醇類物質中的無機陰離子時一般采用碳酸鹽淋洗液或KOH淋洗液[7-8]，若使用自再生抑制模式，兩種淋洗液均存在基體干擾。而使用外加酸抑制模式則不存在基體干擾。考慮到預處理方法中已將丁醇去除，本實驗采用Na2CO3-NaHCO3淋洗液。

2.2 樣品中陰離子譜圖

圖1是生物丁醇樣品的離子色譜圖，圖1表明生物正丁醇樣品中主要存在Cl-，NO3-，H2PO4-和SO42-等無機陰離子。文獻中[7]提到，甲醇基體會將Cl-峰覆蓋，無法檢測Cl-，因此去除樣品中的醇類基體十分必要。生物丁醇樣品經過預處理后已不存在丁醇基體干擾。

2.3 標準曲線與檢出限

分別配制一系列Cl-，標準溶液，在確定的色譜條件下依次進樣分析，以標準溶液濃度X(mg／L)為橫坐標，色譜峰面積Y為縱坐標，繪制標準工作曲線，以3倍的信噪比(S／N=3)計算檢出限4種離子的線性范圍、線性方程、相關系數以及最低檢出限(n=3)見表 1。

表1 線性范圍、線性方程、相關系數和檢出限

2.4 精密度試驗

將正丁醇樣品按照1.3的處理方法平行處理5次。5份樣品中離子的保留時間與峰面積測定結果見表2。

表2 保留時間與峰面積重現性結果

由表2可知，本法無論保留時間還是峰面積都具有較高的重現性。而在某國外公司提供的方法中，由于SO42-在甲醇中溶解度有限，10 mg／L SO42-會逐漸流失，致使峰面積重現性較差(n=10，RSD=1.90%)。

2.5 加標回收率

向1.3所得樣品中添加已知量的Cl-，NO3-，4種離子，在確定的離子色譜條件下進行加標回收試驗，樣品平行測定3次，試驗結果見表3。由表3可知的加標回收率分別為99.13%，102.22%，96.87%和97.42%，表明本方法測定結果準確、可靠。

表3 樣品加標回收率(n=3)

3 結語

以PIC-10離子色譜檢測生物丁醇(中試產品)中的無機陰離子，樣品經過前處理可以消除丁醇基體干擾，靈敏度高，重現性好，適用于醇類物質中無機陰離子的測定，可應用于生物丁醇研制行業的例行檢測。所測試的中試樣品中氯離子，硫酸根等4種無機陰離子均在譜圖中明顯可見。與更高級別的產品相比，硝酸根等有偏高的跡象[9]，故建議進一步優化生物丁醇的提取工藝。

[1]劉婭，劉宏娟，張建安，等.新型生物燃料-丁醇的研究進展[J].現代化工,2008，28(6): 28-32.

[2]Green E M. Fermentative production of butanol-the industrial perspective[J]. Current Opinion in Biotechology, 2011，22(3):337-343.

[3]Lee S Y，Park J H，Jang S H，et al. Fermentative butanol production by clostridia[J]. Bio-techology and Bioengineering,2008，101(2): 209-228.

[4]應明.生物丁醇萃取劑回收過程工藝條件的優化[J].天然氣化工：化學與化工, 2011，36(1): 39-41.

[5]閆永亮，劉宏娟，張建安.代謝工程在生物丁醇生產中的應用及研究進展[J].現代化工，2012，32(4): 25-30.

[6]崔鶴，林雨霏，劉靖靖，等.離子色譜法測定乙醇中無機陰離子[J].理化檢測：化學分冊， 2012，48(1): 113-115.

[7]郭瑩瑩，張嘉捷，施青紅.水溶性有機溶劑中痕量陰離子的離子色譜測定及機理研究[J].浙江大學學報：理學版,2005，32(2):194-197.

[8]葉明立，朱巖，施青紅.離子色譜法測定有機溶劑中痕量陰離子[J]. 分析化學 , 2005，33(2): 187-190.

[9]GB／T 6027-1998 工業正丁醇[S].