标题

Size: px

Start display at page:

Download "标题"

钝手舒
6 years ago
Views:

1 第 39 卷分析化学 (FENXI HUAXUE) 研究第期 2011 年月 Chinese Journal of Analytical Chemistry ~ DOI: /SP.J 薄层色谱 - 热辅助水解甲基化 - 气相色谱法测定生物柴油中的甘油酯王鹏孙杨刘哲益傅宇飞潘再法王丽丽* ( 浙江工业大学化学工程与材料学院, 杭州 ) 摘要建立了薄层色谱 - 热辅助水解甲基化 - 气相色谱法测定生物柴油中残余甘油酯含量的方法样品中的甘油酯经薄层色谱分离, 萃取后与三甲基氢氧化硫 (0.1 mol/l) 各 3 ml 先后加入到样品杯中, 在 350 下, 于裂解器中进行衍生化反应, 气相色谱测定生成的脂肪酸甲酯, 确定甘油酯的含量生物柴油中常见的甘油一酯二酯三酯在 60~2000 mg/l 浓度范围内线性关系良好,r 2 为 ~ 对于浓度为 250 mg/l 的 4 种甘油二酯重复测定 5 次, 相对标准偏差为 3.2% ~7.2% 本方法对实际样品中的甘油酯的测定结果表明, 方法准确灵敏关键词薄层色谱 ; 热辅助水解甲基化 ; 气相色谱 ; 三甲基氢氧化硫 ; 甘油酯 ; 生物柴油 1 引言生物柴油是一种低硫可再生的清洁燃料 [1], 现已成为一种优质的石油柴油替代品它是在催化剂 ( 酸或碱 ) 存在下, 由动植物油与过量甲醇发生酯交换反应制得的通常因反应不完全, 生物柴油残余少量甘油一酯二酯三酯残余的甘油酯过高会沉积在发动机阀门活塞等部位, 影响发动机的性能 [2] 为了控制生物柴油的品质, 研究残余甘油酯的定量分析方法非常重要现有的分析方法有气相色谱法 (GC) [3~ 6] 高效液相色谱 - 蒸发光散射检测器法 (HPLC-ELSD) [7,8] 薄层色谱 - 氢火焰离子化检测器法 (TLC-FID) [9] 等 GC 是较常用的方法, 但是甘油脂的分子量较大, 需高温 GC;HPLC-ELSD 法能够用于甘油酯的分离, 但是 ELSD 线性范围较窄, 灵敏度不够高 ;TLC-FID 法能较好地分离甘油酯, 但定量分析尚不够准确热辅助水解甲基化 - 气相色谱法 (Thermally assisted hydrolysis and methylatioṉ 收稿 ; 接受本文系浙江省重点科技创新团队 (No.2011R ) 和浙江省重中之重学科开放基金 (No ) 资助项目 * lili_wang@ zjut.edu.cn Gas chromatography, THM-GC) 已被应用于脂肪酸甘油酯的分析 [10], 这种方法是将甘油酯在线衍生化为脂肪酸甲酯进行测定由于生物柴油本身含有大量脂肪酸甲酯, 因此仅用该法无法分析生物柴油中残余的甘油酯本研究将 TLC 与 THM-GC 两种方法结合, 即薄层色谱 - 热辅助水解甲基化 - 气相色谱法 (TLC-THM-GC), 生物柴油经薄层色谱分离, 溶剂提取薄板上的甘油酯, 采用在线热辅助水解甲基化法将甘油酯在裂解器内同时同步水解衍生为相应的脂肪酸甲酯, 气相色谱测定所产生的脂肪酸甲酯来确定甘油酯的含量本方法能够测定生物柴油中残余的各甘油酯的含量, 同时可有效分析甘油酯中脂肪酸的组成 2 实验部分 2.1 仪器与试剂 CP-3800 气相色谱仪 ( 美国 Varian 公司 ), 配氢火焰离子化检测器 ;5890/5972 气质联用仪 ( 美国 Agilent 公司 ) ;Py-2020iD 纵型微型炉裂解器 ( 日本 Frontier Lab 公司 ) 硬脂酸甘油一酯二酯三酯 ( 纯品, 美国 Accstandard 公司 ); 油酸甘油二酯亚油酸甘油二酯亚麻酸甘油二酯 ( 纯度 >99%, 美国 Nu-Chek 公司 ) ; 三甲基氢氧化硫 (0.1 mol/l 甲醇溶液, 日本东京化成工业株式会社 ) ; 乙酸乙酯 ( 分析纯, 国药集团试剂公司 ) ; 甲苯, 丙酮 ( 分析纯, 衢州巨化试剂公司 ) ;GF254 硅胶板 (10 cm 20 cm, 青岛海洋化工有限公司 ) ; 菜籽油棕榈油为原料的生物柴油样品 ( 浙江工业大学

分析化学第 39 卷化学工程研究所 ) 2.2 标准溶液和生物柴油样品溶液的制备 2000 mg/l 甘油二酯混合标准溶液 : 称取硬脂酸 (C18 0) 油酸 (C18 1) 亚油酸 (C18 2) 亚麻酸 (C18 3) 甘油二酯各 0.0100 g, 定容至 5 ml 逐级稀释得一系列溶液, 浓度分别为 2000, 1000, 500.0, 250.0, 125.0 和 62.

2 分析化学第 39 卷化学工程研究所 ) 2.2 标准溶液和生物柴油样品溶液的制备 2000 mg/l 甘油二酯混合标准溶液 : 称取硬脂酸 (C18 0) 油酸 (C18 1) 亚油酸 (C18 2) 亚麻酸 (C18 3) 甘油二酯各 g, 定容至 5 ml 逐级稀释得一系列溶液, 浓度分别为 2000, 1000, 500.0, 250.0, 和 mg/l 1900 mg/l 甘油一酯三酯的标准溶液 : 称取硬脂酸 (C18 0) 甘油一酯和三酯各 g, 分别定容至 2 ml 逐级稀释得一系列溶液, 浓度分别为 1900, 950.0, 475.0, 237.5, 和 mg/l 生物柴油样品溶液 : 取生物柴油样品 200 ml, 定容至 1 ml, 得稀释 5 倍后的溶液所有溶液皆用乙酸乙酯 ( 分析纯 ) 作溶剂, 进行定容与稀释, 配制的溶液存放于 4 冰箱中 2.3 实验方法薄层色谱分离取 100 ml 上述标样及样品点在长为 10 cm 的硅胶板上 (20 个点, 每点 5 ml), 以甲苯 - 丙酮 (92 8,V/V) 为展开剂展开, 使用碘蒸气显色待各斑点褪色后, 刮入试管中并加入乙酸乙酯 2~4 ml ( 甘油一酯与三酯组分加 2 ml, 甘油二酯组分因斑点面积较大, 硅胶较多, 加 4 ml), 超声萃取 45 min, 以 3000 r/min 离心 10 min 取 1~2 ml 上层清液 ( 甘油一酯与三酯取 1 ml, 甘油二酯取 2 ml), 放入到小样品瓶中, 在 110 下, 于通风橱中加热蒸发至干, 加入 50 ml 乙酸乙酯, 超声辅助溶解 THM-GC 法测定取上述样品 3 ml 加入到样品杯中等待 5 min 使溶剂挥发后, 加入 3 ml 0.1 mol/l 三甲基氢氧化硫 (Trimethylsulfonium hydroxide, TMSH), 将样品杯固定在进样杆上, 装入裂解器仪器稳定后, 按下进样杆使样品杯自由落到预先设定为 350 的炉心, 样品受热瞬间发生水解甲基化反应, 生成的产物立即由载气带入气相色谱进行测定 2.4 定量方法采用外标法进行定量分析将各甘油酯衍生化得到的各脂肪酸甲酯的峰面积总和代入到硬脂酸甘油一酯二酯三酯标准曲线的线性方程, 即可求得生物柴油样品溶液中相应的甘油一酯二酯三酯的含量, 然后再乘以 5 ( 稀释倍数 ), 即可求得生物柴油样品中甘油酯的含量 2.5 仪器工作参数气相色谱 :DḆ 23 色谱柱 (30 m 0.25 mm 0.25 mm) ; 柱温 : 初温 80, 以 20 /min 速率升到 180, 再以 5 /min 速率升到 230, 保持 3 min 汽化室和检测器温度均为 250, 分流比 30 1, 载气 N 2, 柱流量 1 ml/min 质谱 :EI 离子源 ( 由传输线传递温度 ), 电离能量 70 ev, 扫描范围 40~500 amu; 配备 Nist 02 谱库 3 结果与讨论 3.1 薄层色谱分离和定性以 GF254 硅胶板作为薄层色谱的固定相, 选择甲苯 - 丙酮 (92 8,V/V) 为展开剂, 用碘蒸气显色如图 1 所示, 从左到右依次是硬脂酸甘油一酯, 油酸甘油二酯, 硬脂酸甘油三酯, 生物柴油样品计算得到图 1 甘油酯标准品和生物柴油样品的薄层色谱图甘油一酯 Rf 值为 0.06; 甘油二酯 Rf 值为 0.40 和 0.55, Fig.1 Typical chromatogram of glyceride standards and [11] 是同分异构体 ; 甘油三酯的 Rf 值为 0.92 生物柴 biodiesel sample obtained by TLC 油样品中观察到 Rf 值分别为 0.06,0.40,0.55,0.92 的 4 1. 硬脂酸甘油一酯 ;2. 油酸甘油二酯 ;3. 硬脂酸甘油三酯 ; 个斑点, 与标准品比较, 可定性为甘油一酯二酯和 4. 生物柴油样品 1. Monostearin;2. Diolein; 3. Tristearin; 4. Biodiesel sample. 三酯此外, 在甘油二酯和三酯之间还观察到一个很大的斑点, 经验证是脂肪酸甲酯 3.2 TLC-THM-GC 方法学考察将薄板上含甘油酯的斑点刮下, 经溶剂提取后用 THM-GC 测定高温下甘油酯在过量 TMSH 存

3 第期王鹏等 : 薄层色谱 - 热辅助水解甲基化 - 气相色谱法测定生物柴油中的甘油酯在下发生水解甲基化反应生成脂肪酸甲酯,GC 测定生成的脂肪酸甲酯, 进而确定甘油酯的含量由于以植物油为原料的生物柴油中的甘油酯主要包含硬脂酸油酸亚油酸亚麻酸等脂肪酸, 取含上述脂肪酸的甘油酯标样, 对 TLC-THM-GC 法的线性范围相关系数重现性等进行了考察欧盟规定生物柴油中甘油一酯, 二酯, 三酯的含量分别不高于 0.8%,0.2% 和 0.2% (w/w) [12], 根据生物柴油密度 [12] (0.86~ 0.90 g/ml, 取 0.87 g/ml 计算 ) 转换成质量体积浓度, 经 5 倍稀释后其相应的限量分别为 1402,348 和 348 mg/l 各甘油酯在 60~2000 mg/l 的浓度范围内的线性关系良好,r 2 为 ~0.9993, 线性范围的下限小于欧盟规定的最大限量 ( 表 1) 对 250 mg/l 甘油二酯平行测定 5 次, 相对标准偏差小于 7. %, 表明方法的重现性良好上述结果表明,TLC-THM-GC 法适合测定生物柴油中的甘油酯表 1 甘油酯的线性范围相关系数 (r 2 ) 线性方程 Table 1 Linear range, regression coefficient (r 2 ) and linear equation of glycerides 编号 Number 化合物 Compound 线性范围 Linear range (mg/l) 相关系数 (r 2 ) Correlation coefficient 线性方程 Linear equation 1 硬脂酸甘油一酯 Monostearin 59.4~ y=344.55x 硬脂酸甘油二酯 Distearin 62.5~ y=384.43x 硬脂酸甘油三酯 Tristearin 59.4~ y=442.50x 油酸甘油二酯 Diolein 62.5~ y=321.38x 亚油酸甘油二酯 Dilinolein 62.5~ y=301.91x 亚麻酸甘油二酯 Dilinolenin 62.5~ y=161.19x 生物柴油样品分析样品按照 2.3 节实验步骤分析, 各类型脂肪酸甲酯通过保留时间和质谱解析定性, 按照 2.4 节定量方法计算甘油酯含量各甘油酯中脂肪酸的组成 ( 即相对百分含量 ) 用归一化法定量 ( 各脂肪酸的峰面积除以该甘油酯中脂肪酸面积的总和 ) 生物柴油样品经 TLC 分离后得到的各甘油酯的 THM-GC 色谱图 ( 图 2) 生物柴油样品中各甘油酯的含量及其脂肪酸的相对百分含量见表 2 从图 2 及表 2 可见, 两种生物柴油中均检测到残余的甘油一酯二酯三酯, 而甘油酯中的脂肪酸有 C16 0 和 C18 0,C18 1,C18 2 这 4 种组分菜籽油中主要是 C18 1 为主, 在各甘油酯中其相对百分含量都大于 73% 而棕榈油中 C16 0 含量最多, 在各甘油酯中其相对百分含量都超过 50 % 图 2 生物柴油样品经 TLC 分离后的各甘油酯的热辅助水解甲基化 - 气相色谱图,(a) 菜籽油为原料 (b) 棕榈油为原料 Fig.2 Typical chromatograms obtained by thermally assisted hydrolysis and methylatioṉ gas chromatography for residual glycerides in biodiesel samples made by rap oil (a) and palm oil (b) after TLC separation 1. 棕榈酸甲酯 ; 2. 硬脂酸甲酯 ; 3. 油酸甲酯 ; 4. 亚油酸甲酯 1. Methyl palmitate; 2. Methyl stearate; 3. Methyl oleate; 4. Methyl linoleate. 表 2 还表明, 两种生物柴油中甘油一酯与甘油三酯的含量均低于欧盟规定的 7008 和 1740 mg/l, 而甘油二酯的含量皆超过了欧盟规定的 1740 mg/l, 分别为 2035 和 2601 mg/l

4 分析化学第 39 卷表 2 菜籽油和棕榈油为原料的生物柴油样品中残余甘油酯的含量及其脂肪酸的组成 Table 2 The content of residual glycerides and their composition of fatty acids in biodiesel samples made by rap oil and palm oil 菜籽油 Rap oil 棕榈油 Palm oil 甘油酯 Glyceride C16 0 脂肪酸的组成 Fatty acid composition C18 0 C18 1 C18 2 甘油酯含量 Glyceride content (mg/l) 甘油一酯 Monoglyceride 甘油二酯 Diglyceride 甘油三酯 Triglyceride 甘油一酯 Monoglyceride 甘油二酯 Diglyceride 甘油三酯 Triglyceride 考察了实样的加标回收率取 200 ml 生物柴油样品 ( 菜籽油 ) 分别加入油酸甘油二酯 0.54 和 1.40 mg, 测得回收率分别为 96.3% 和 97.2%, 相对标准偏差 (n=5) 分别为 4.2% 和 3.6% 表明方法的准确度和重现性良好实验结果表明, 本方法准确灵敏, 不仅能测定生物柴油样品中各甘油酯的含量, 同时可以有效检测各甘油酯中脂肪酸的组成本方法完成一个实际样品的分析耗时约 3 h References 1 CHENGBei-Jiu ( 程备久 ).BiomasStudy ( 生物质能学 ).Beijing( 北京 ):ChemicalIdustruPress( 化学工业出版社 ),2008:176~180 2 LIChang-Xiu,YANG Hai-Ying,WANG Li-Qin,TIAN Song-Bai( 李长秀, 杨海鹰, 王丽琴, 田松柏 ).Chinese JournalofChromatography ( 色谱 ),2006,32(7):524~528 3 FreedmanB,Kwolek W F,PrydeE H.J.Am.OilChem.Soc.,1986,63(10):1370~ ZENGJiaṉLi,WANG Xiao-Dong,ZHAOBing,WANG Yu-Chun ( 曾建立, 王晓东, 赵兵, 王玉春 ).ChinaOils andfats( 中国油脂 ),2007,32(7):66~69 5 PlankC,LorbeerE.J.Chromatogr.A,1995,697(1-2):461~468 6 LIChang-Xiu,TANGZhong,YANG Hai-Ying( 李长秀, 唐忠, 杨海鹰 ).JournalofInstrumentalAnalysis( 分析测试学报 ),2005,24(5):66~68 7 FogliaT A,JonesKC,NuñezA,PhilipsJG,Mitelbach M.Chromatographia,2004,60(5-6):305~311 8 MarcatB,CecchinG.J.Chromatogra.A,1996,730(1-2):83~90 9 FreedmanB,PrydeE H,Kwolek W F.J.Am.OilChem.Soc.,1984,61(7):1215~ IshidaY,KatagiriM,OhtaniH.J.Chromatogra.A,2009,1216(15):3296~ FontanaJD,ZagonelG,Vechiato W W,CostaBJ,LaurindoJC,FontanaR,PelissonL,JorgeB H,LancasF M.J.Chromatogra.Sci,2009,47(9):844~ Automotivefuels-fatyacid methylesters (FAME)fordieselenginesṟequirementsandtest methods.european StandardEN DeterminationofGlyceridesinBiodieselbyThinLayer ChromatographȳThermalyAsistedHydrolysisand MethylationḡasChromatography WANGPeng,SUN Yang,LIUZe-Yi,FU Yu-Fei,PANZai-Fa,WANGLi-Li * (ColegeofChemicalEngineeringand MaterialsScience,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310014) Abstract A methodwasdevelopedforthedeterminationofresidualglyceridesinbiodieselonthebasisofthinlayerchromatographyṯhermalyassistedhydrolysisand methylatioṉgaschromatography (TLC-THM-GC)usingapyrolysis-GCsystem.WiththeTHMinthepresenceofanorganicalkali, trimethylsulfoniumhydroxide(tmsh),glycerideswereconvertedintotheircorrespondingfatyacid

5 第期王鹏等 : 薄层色谱 - 热辅助水解甲基化 - 气相色谱法测定生物柴油中的甘油酯 methylesters.thus,residualglyceridescouldbedeterminedwelbythetotalpeakareaoffatyacid methylestersformed.glyceridesinsampleswereseparatedbytlc,andthenwereextracted.the resultsshowedthatbyadding3 mltmsh (0.1 mol/l)methanolsolutionto3 mlextractofsample andmethylatingthemixtureat350,theglycerideswouldbesensitivelydetermined.thecalibrationcurvesofmonoglyceride,diglycerideandtriglycerideexhibitedgoodlinearitywiththeregression coeficientsfrom0.9863to0.9993attheconcentrationrangedfrom60to2000mg/l.thereproducibilitywasfairlygoodwiththersd (n=5)from3.2% to7.2% forfourkindsofdiglyceridesat250 mg/lconcentrationlevel.thepotentialoftheproposedmethodwasassessedbyapplyingittothedeterminationofresidualglycerideinbiodiesel.theresultsprovethistlc-thm-gctechniqueisan accurateandsensitivemethodfordeterminingresidualglycerideinbiodieselsamples. Keywords Thinlayerchromatography;Thermalyassistedhydrolysisandmethylation;Gaschromatography;Trimethylsulfoniumhydroxide;Glyceride;Biodiesel (Received2 March2011;accepted6 May2011)

结果与讨论

结果与讨论金青哲谢峰丁志华施峰华王兴国利用碳同位素比值法进行花生油和玉米油掺合物的检测研究用气相色谱仪获得转化途径的玉米油和转化途径的花生油的脂肪酸组成再用气相色谱燃烧同位素比值质谱仪确定三种主要脂肪酸的值利用所测得的数据构建了玉米油与花生油混合油中主要脂肪酸的值混合比例的标准曲线结果表明玉米油与花生油的值差异很大应用试验中将花生油与一种未知的其他植物油进行掺和