氣相色譜法測定生物質醇解產物中的乙酰丙酸乙酯

常 春，姜孝先，張 挺

(鄭州大學化工與能源學院，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注.在柴油中添加體積分數為2.5% ～15%的ELA后，其燃點、凝固點和氧化值完全可以滿足美國ASTM D6751柴油標準［2］.

近年來，人們對生物質醇解轉化生成ELA的研究越來越多［3-5］.由于生物質成分十分復雜，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、準確的分析儀器，被廣泛應用于生物質轉化體系產物的分析.建立氣相色譜分析生物質醇解液中ELA的方法，將有利于促進相關研究的發(fā)展.劉稼駿曾在分析醬油成分時，提出使用頂空進樣法分析ELA［6］，但該方法操作比較繁瑣.截至目前，有關對生物質醇解液中ELA的分析還少見報道.據此，筆者以生物質秸稈為原料，建立一種氣相色譜直接分析生物質醇解液中ELA的方法，為生物質醇解轉化ELA的研究奠定分析基礎.

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，混勻后密封反應釜，開始升溫.溫度達到180℃后，開始計時，反應完成后，快速冷卻至室溫，打開反應釜，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 標準溶液的配制

準確稱量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毛細管柱(30 m ×0.32 mm ×0.33 μm大連中匯達科學儀器有限公司)，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℃;進樣量1 μL，分流進樣.載氣為氮氣.

2 結果與分析

2.1 內標物的選擇

試驗分別選取苯甲酸乙酯(沸點212.6℃)、苯甲酸甲酯(沸點199.6℃)和正辛醇(沸點183.5℃)為3種待考察內標物.圖1是在設定條件下內標物和反應產物的典型圖譜.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，影響測定結果;正辛醇能和ELA分開，且在其保留時間處雜峰較少，所以選定正辛醇作為內標物.

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

2.2 標準曲線的繪制

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標準溶液，然后各加入1 mL正辛醇標準溶液，用無水乙醇定容到10 mL.每個樣品平行進樣3次，繪制標準曲線，如圖2所示.對結果進行回歸，方程相關系數R2=0.999 7，表明線性程度良好.

圖2 ELA的標準曲線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內標物標準溶液，稀釋至10 mL，進行測定，2，4，6 和 8 h后重復測定，結果見表1.

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

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

2.4 精密度實驗

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內標物標準溶液后，稀釋至10 mL，進行測定.對同一樣品溶液連續(xù)進樣5次，根據標準曲線算出ELA的濃度，結果見表2.

表2 精密度試驗結果Tab.2 The result of precision tests

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

2.5 加標回收率測定

取秸稈醇解液5份，以本試驗方法測定其ELA含量，作為原始含量.在這5份醇解液中各取4 mL，然后準確加入一定量的ELA，各加入正辛醇標準溶液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，結果如表3.從表中可以看到，加標回收試驗的平均回收率為100.8%，RSD為1.614%.

表3 加標回收試驗結果Tab.3 The result of standard recovery tests

3 結論

利用氣相色譜可以直接測定生物質醇解液中ELA的含量.在FFAP毛細管柱中，ELA和內標物正辛醇具有較好的分離效果，通過對標準曲線測定回歸，方程相關系數R2=0.999 7，表明線性程度良好.通過樣品穩(wěn)定性研究，表明樣品濃度依時間變化不顯著.樣品精密度試驗的平均相對標準偏差(RSD)為0.617 5%，表明該分析方法具有較高的精密度.加標回收試驗的平均回收率為100.8%，RSD為1.614%，進一步表明該方法能夠有效地測定生物質醇解液中ELA的含量.以上結果表明:氣相色譜法能夠直接進行生物質醇解液中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.分子篩負載TiO2/SO42-催化合成乙酰丙酸乙酯的研究［J］.化學研究與應用.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.頂空進樣氣相色譜法測定醬油中乙酰丙酸［J］.中國調味品，2002，6(6):42-44.