新型固相微萃取技术测定生物柴油废水中脂肪酸甲酯的方法与流程

1.本发明涉及一种新型固相微萃取技术测定生物柴油废水中脂肪酸甲酯的方法，具体涉及一种中空纤维膜固相微萃取结合微样品收集器直接进样测定废水中脂肪酸甲酯的方法。


背景技术：

2.生物柴油由各种脂肪酸甲酯(fames)组成，主要通过植物油或动物脂肪进行酯交换反应产生。在生物柴油加工的同时，随之而来的环境污染问题也变得日益严重，生产中排放的有机废水会污染江河水体，破坏水源。因此为了达到废水排放标准，需要对废水进行消解处理。为监测废水处理工艺中脂肪酸甲酯类有机物的变化，因此需要建立一种方法对处理前后废水中脂肪酸甲酯的含量进行检测分析。另一方面，生物柴油在上市前必须进行最大限度的净化，以达到其产品标准，而通用的净化方法是水洗。然而，水洗不可避免地导致废水中fames的残留，这意味着工业利润的损失。为了监测废水中fames的含量，有必要设计一种方法对废水中痕量的fames进行富集检测。
3.传统的富集萃取前处理方法包括液液萃取，固相萃取和固相微萃取，然而前两种传统方法都具有大量使用有机溶剂，操作时间长的缺点。固相微萃取是一种集采样、萃取、浓缩于一体，有机溶剂消耗少的环境友好型前处理方法，该方法因其独特的优势而被逐渐推广应用。然而商品化的固相微萃取装置价格昂贵，易折断，且重复使用容易导致样品残留，造成交叉污染，会影响检测的灵敏度。
4.中空纤维膜微萃取技术作为一种新型的样品前处理技术，具有装置简单、成本低廉以及有机溶剂消耗少等优点。目前中空纤维膜萃取完成之后的进样方式有两种，洗脱进样和裂解器进样。洗脱进样方法由于有机溶剂洗脱步骤，会造成目标物的稀释，因此降低了方法的灵敏度，提高了检出限；裂解器直接进样方式虽然克服了上述洗脱进样的缺点，但由于裂解器价格昂贵，因此限制了其推广使用。本发明中拟采用中空纤维膜固相微萃取技术结合微样品收集器直接进样方式克服上述方法的不足，实现对生物柴油废水中脂肪酸甲酯的测定。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种新型中空纤维膜固相微萃取技术，对生物柴油废水中的脂肪酸甲酯进行定性定量分析。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种中空纤维膜固相微萃取技术测定生物柴油废水中脂肪酸甲酯的方法，所述方法包括如下步骤：
8.(1)样品前处理
9.取水样，加入nacl和甲醇作为待测溶液，将待测溶液置于顶空瓶中，放入中空纤维膜，在温度40℃，搅拌速度500rpm的条件下萃取40min，取出中空纤维膜，(放于滤纸上)除去
表面水分，待用；
10.所述待测溶液中nacl的浓度为0.20mol/l；
11.所述水样与甲醇的体积比为1：1；
12.所述中空纤维膜为聚丙烯膜，膜外径300μm、内径260μm、孔径20～200nm，可通过常规途径商购获得；使用前，剪成长度为1cm的小段，并在乙醇中浸泡20min，之后放入50℃烘箱中干燥30min备用；
13.(2)样品进样检测
14.将步骤(1)准备好的中空纤维膜套于微样品收集器的针芯并通过推杆的作用收回针筒内，随后将微样品收集器扎入气相色谱仪的进样口，将推杆推出，使针芯连同中空纤维膜暴露于270℃的进样口温度下解析2min，解析完成后针芯连同玻璃态的中空纤维膜被收回针筒内，拔出微样品收集器，按下仪器start按钮，进行gc/ms分离分析；
15.所述微样品收集器包括：针芯、针筒、推杆，针芯可在推杆的推拉作用下出入针筒；所述针筒内径～400μm，针芯最大直径：300μm；
16.gc/ms仪器条件：
17.仪器：gcms
‑
qp2010se气相色谱
‑
质谱联用仪；进样口温度：270℃；色谱柱：tg
‑
1ms毛细管色谱柱(30m
×
0.25mm i.d.
×
0.25μm，100％聚二甲基硅氧烷)；程序升温条件：初始80℃，以20℃/min升温至190℃，保持15min，20℃/min升温至270℃，保持5min；分流比：10：1；载气为高纯氦气，柱流量：1ml/min；离子源：ei；离子源温度：230℃；传输线温度：270℃；电子能量70ev；扫描模式：全扫描；扫描周期：0.5s；扫描范围：m/z：50
‑
600amu；
18.(3)建立标准曲线
19.取棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯、硬脂酸甲酯的标准品，以去离子水和甲醇为溶剂，配制系列浓度的标准曲线工作溶液，将标准曲线工作溶液按照步骤(1)方法进行前处理(即：将步骤(1)中水样替换为标准曲线工作溶液)，之后按照步骤(2)的方法进行检测，得到标准物质气相色谱图、质谱图，以标准曲线工作溶液中标准物质的浓度为横坐标，气相色谱图中标准物质的峰面积为纵坐标，绘制标准曲线；
20.所述标准曲线工作溶液中各标准物质的浓度范围在10～2000μg/l；
21.(4)样品中脂肪酸甲酯的检测结果
22.将步骤(2)样品检测得到的谱图与步骤(3)得到的标准物质谱图进行对照，得出实际水样中所含脂肪酸甲酯的定性结果；
23.将步骤(2)样品检测得到的谱图中脂肪酸甲酯化合物的峰面积代入步骤(3)建立的标准曲线中，计算得到实际水样中脂肪酸甲酯化合物的含量。
24.与现有技术相比，本发明的优点主要体现在：
25.中空纤维膜固相微萃取是一种提取步骤少，成本低，有机溶剂用量少的前处理技术，将微样品收集器作为中空纤维膜直接进样装置，克服了传统洗脱进样中目标物稀释的不足，及使用裂解器进样价格昂贵的缺点，此方法提高了分析方法的灵敏度，是一种简单方便，成本低廉的新型分析技术。
附图说明
26.图1：微样品收集器示意图。
27.图2：微样品收集器负载中空纤维膜直接进样流程示意图。
28.图3：脂肪酸甲酯类标准品的总离子流图；a经中空纤维膜萃取(1mg/l)；b未经萃取(100mg/l)。
29.图4：实际废水样品中中空纤维膜萃取总离子流图；a是1号样品；b是2号样品；c是3号样品。
具体实施方式
30.下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
31.实施例1萃取时间的选择
32.萃取时间越长越有利于目标物进入膜内，在达到平衡后再增加萃取时间对萃取效率增加影响不大。若在平衡后继续延长萃取时间将导致膜的不稳定性，从而导致萃取效率的降低。分别考察了萃取10，20，30，40，50min时的萃取效率，其他实验条件为：萃取温度为40℃，搅拌速率为500rpm。结果表明随着时间的增加，目标物的萃取效率有着明显的提高。当脂肪酸甲酯类化合物在40min左右达到萃取平衡时，时间继续增加，萃取效率反而降低，平衡后继续延长萃取时间将导致膜的不稳定性，从而导致萃取效率的降低。因此选择40min的萃取时间。
33.实施例2萃取温度的选择
34.提高温度可以促进目标物从水样进入到纤维膜。然而，在热力学上，吸附平衡是一个放热过程，吸附系数会随着温度的升高而下降，导致萃取效率降低。本发明中分别考察了萃取温度为20，30，40，50℃时的萃取效率，其他实验条件为：萃取时间为40min，搅拌速率为500rpm。结果表明在40℃时萃取效率最高，因此选择40℃的萃取温度。
35.实施例3搅拌速度的选择
36.加快搅拌速度可以改善传质过程，加快目标物进入膜的速度，提高萃取效率，但是过快的搅拌将破坏膜的结构，降低萃取效率。分别考察了搅拌速度为200，300，400，500，600rpm时的萃取效率，其他实验条件为：温度为40℃，萃取时间为40min。结果表明在500rpm时萃取效率最高，因此搅拌速率选500rpm。
37.实施例4盐浓度的选择
38.盐效应对萃取的影响是双向的，盐的加入一方面可增加溶液的离子强度，降低待测物的溶解度进而增大萃取效率，但另一方面静电作用又会抑制有机物的萃取。考察了样品溶液中nacl浓度0.05，0.10，0.15和0.20，0.25mol/l对萃取效率的影响，其他条件为：萃取温度为40℃，搅拌速率为500rpm，萃取时间为40min。结果表明当nacl的浓度为0.20mol/l脂肪酸甲酯类化合物的萃取效率最高，因此选择nacl的浓度为0.20mol/l。
39.实施例5方法学的考察
40.(1)仪器与试剂
41.气相色谱
‑
质谱联用仪器(shmadzu gcms
‑
qp2010 se)。棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯、硬脂酸甲酯标准品。
42.(2)实验方法
43.(2
‑
1)中空纤维膜在使用前剪成长度为1cm的小段，并在乙醇中浸泡20min，其后将中空纤维膜放入50℃烘箱中干燥30min。
44.准备1
‑
3号废水样品，1号未经处理，2、3号经过消解处理。
45.取1
‑
3号废水样品(其中1号废水样品为处理前废水，在萃取前用去离子水将其稀释25倍)，分别加入nacl和等体积甲醇作为待测溶液，使nacl在待测溶液中的浓度为0.20mol/l，取4ml待测溶液置于顶空瓶中，再放入搅拌磁子后置于磁力搅拌器上，然后取一根1.0cm中空纤维膜放入顶空瓶中，开启磁力搅拌器，40℃下以500rpm的搅拌速度萃取40min，取出中空纤维膜，放于滤纸上除去表面水分，待用；
46.(2
‑
2)样品进样
47.将步骤(2
‑
1)中萃取完成后中空纤维膜套于微样品收集器的针芯，其后将微样品收集器的针芯通过推杆收回针筒内，将该微样品收集器扎入气相色谱仪的进样口，将推杆推出，使针芯连同中空纤维膜暴露于270℃的进样口温度下解析2min，随后将针芯连同玻璃态的中空纤维膜收回针筒内，拔出微样品收集器，按下仪器start按钮，进行gc/ms分离分析；
48.gc/ms仪器条件：
49.仪器：gcms
‑
qp2010se气相色谱
‑
质谱联用仪；进样口温度：270℃；色谱柱：tg
‑
1ms毛细管色谱柱(30m
×
0.25mm i.d.
×
0.25μm，100％聚二甲基硅氧烷)；程序升温条件：初始80℃，以20℃/min升温至190℃，保持15min，20℃/min升温至270℃，保持5min；分流比：10：1；载气为高纯氦气，柱流量：1ml/min；离子源：ei；离子源温度：230℃；传输线温度：270℃；电子能量70ev；扫描模式：全扫描；扫描周期：0.5s；扫描范围：m/z：50
‑
600amu；
50.(2
‑
3)建立标准曲线
51.取棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯和硬脂酸甲酯的标准品，以甲醇为溶剂配成混合标准储备液，所得的混合标准储备液经去离子水和甲醇体积比1:1混合溶液进行稀释得到标准曲线工作溶液，将所得标准曲线工作溶液按照步骤(2
‑
1)所述前处理方法进行前处理(即：将步骤(2
‑
1)中水样替换为标准曲线工作溶液)之后，再经过步骤(2
‑
2)进样方式将目标物送进仪器中，在步骤(2
‑
2)中的检测条件下进行气质色谱分析，得到标准物质谱图，以标准曲线工作溶液中标准物质的浓度为横坐标，谱图中标准物质的面积为纵坐标，绘制标准曲线。
52.所述标准曲线工作溶液中各标准物质浓度范围为10
‑
2000μg/l；
53.(2
‑
4)商品化spme对比
54.取1mg/l标准溶液，其中nacl的浓度为0.20mol/l，将商品化的萃取头浸入至上述溶液中在温度40℃，搅拌速度500rpm条件下萃取40min，然后取出用滤纸轻轻擦拭表面水分后进入仪器进行分析，得到各脂肪酸甲酯峰面积；取100mg/l脂肪酸甲酯标准品甲醇溶液1μl注入气质仪器中得到各脂肪酸甲酯峰面积，两者峰面积作对比得到各类商品化萃取头富集倍率。
55.所述商品化的萃取头包括pdms(100μm)、pdms/dvb(65μm)、car/pdms(75μm)。
56.(3)结果与讨论
57.考察该方法的线性、检出限和定量限等参数，结果见表1。从表1中可以看到，待测物在10
‑
2000μg/l范围内线性良好，r大于0.9990，并对4种目标物在低中高三个浓度下进行了日内日间精密度考察，rsd均小于12.9％，结果详见表2。因此认为该方法准确性良好，可以用来测定废水水样中的脂肪酸甲酯类化合物。
58.表1：4种脂肪酸甲酯的线性、富集倍数、检出限和定量限结果
[0059][0060]
表2：4种脂肪酸甲酯的日内日间精密度结果
[0061][0062]
分别对3个废水样品中4种脂肪酸甲酯的含量进行测定并对2号废水样品进行了加标回收率实验。图4为实际样品中空纤维膜固相微萃取总离子流图，用标准曲线法对废水样品中的脂肪酸甲酯的含量进行定量，rsd均小于14.8％，结果见表3，加标回收率见表4。
[0063]
表3：实际废水样品中4种脂肪酸甲酯的测定结果
[0064][0065][0066]
表4：废水样品2中4种脂肪酸甲酯的加标回收率
[0067][0068]
使用了三种商品化的spme(pdms(100μm)、pdms/dvb(65μm)、car/pdms(75μm))萃取头对脂肪酸甲酯的富集倍率进行了探究，并与本发明中中空纤维膜的富集倍率作了对比，
结果表明，中空纤维膜的富集倍率优于pdms、pdms/dvb，而略低于car/pdms，结果见表5。
[0069]
表5：商品化的spme萃取头与中空纤维膜萃取富集倍率的对比结果
[0070]