大豆油制备生物柴油中脂肪酸甲酯含量的气相色谱法测定

沈晓真，张义俊，刘 鹏，王艳玲，郭萃萍，刘圣勇

(河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室，河南郑州450002)

近年来，随着化石能源的日益短缺，原油价格的持续上涨，加之日益加剧的温室效应和人们环保意识的提高，寻找一种可替代能源成为人们关注的焦点.生物柴油因其独特的可再生性以及环境友好特性，成为可替代能源中最具有潜力的一种能源［1］.一些国家利用动物植物油脂来制备和生产生物柴油［2～5］.中国对生物柴油的研究和开发还处于起步阶段，加之生物柴油的成分复杂、其制备过程中的影响因素较多，建立一种简单、准确的生物柴油成分的样品分析方法，对生物柴油的研究、开发、生产及应用具有十分重要的意义.由于使用不同原料油所生产的生物柴油中脂肪酸甲酯的组成不同，因而在测定时所需要的气相色谱条件与方法也不尽相同［6～8］.本研究使用 Agilent 6820 气相色谱仪，采用HP-innowax毛细管色谱柱，酸甲酯和亚麻酸甲酯的含量.为生物柴油的成分分析提供了有效的测试手段.

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

Agilent 6820型气相色谱仪;FID检测器;安捷伦中文色谱工作站，1μL微量进样器、AL204电子天平;HP-innowax毛细管色谱柱(25 m×0.200 mm ×0.2 μm);大豆油(市售);生物柴油(自制).十一酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯标准品(GC级，西格玛-奥德里奇(上海)贸易有限公司，≥99.9%)，正己烷、甲醇等其他试剂均为AR级.

1.2 大豆油生物柴油的制备

将 100 mL 0.33 mol·L-1的 Na2CO3倒入等体积的0.33 mol·L-1的 CaCl2中，室温下磁力搅拌30 s，静置10 min，离心分离出沉淀，水洗3次，丙酮洗3次，空气中干燥后即得白色粉末CaCO3.然后，将所得的白色粉末在马沸炉中1 000℃焙烧2 h，即得所需的催化剂CaO.

将一定量所制备的催化剂CaO和无水甲醇置于250 mL三径瓶中，水浴加热到65℃，立即加入一定量预热过的大豆油，其中催化剂与原料油质量比为3%，醇油摩尔比为9∶1，在65℃下搅拌反应3 h.待完全反应后，减压蒸馏除去过量的甲醇，离心除去甘油和固体催化剂，可得到大豆油生物柴油［9］.

1.3 色谱分析条件

载气:高纯氮，氮气:0.4 MPa;氢气:0.14 MPa;空气:0.2 MPa;柱前压:0.1 MPa;进样量:1 μL;分流比:50∶1.进样口温度250℃;FID检测器温度:260℃.柱箱温度采用柱升温程序［10］:初始温度140℃保持9 min;以40℃·min-1的升温速率升到220℃，保持11 min.在此色谱分析条件下，对混合脂肪酸甲酯标准溶液和产品溶液进行色谱分析.

1.4 脂肪酸甲酯标准溶液的配制

准确称取棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯标准品，配制成40 g·L-1的脂肪酸甲酯混合物溶液，然后稀释为2，4，6，10，14，18，22，26，30，32，34，36 g·L-1质量浓度梯度的溶液.分别取上述浓度梯度的溶液1 mL，加入1 mL质量浓度为2 g·L-1的十一酸甲酯内标溶液，进行气相色谱分析［11，12］.

1.5 用于回收率测定溶液的配制

在线性浓度范围内，将棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯标准品用正己烷配制成8，16，32 g·L-1质量浓度梯度的混合标准溶液，取各质量浓度梯度的溶液0.5 mL，再加入0.5 mL的十一酸甲酯内标溶液(4 g·L-1)，进行气相色谱分析［13，14］.

1.6 用于精密度测定溶液的配制

取0.1 g的生物柴油样品于10 mL的容量瓶中，加入1 mL质量浓度为1 g·L-1的十一酸甲酯，用正己烷定容后，进行气相色谱分析［6，13，14］.

2 结果与分析

2.1 标准品和产品的气相色谱分析

对脂肪酸甲酯标准品和产品溶液分别进行气相色谱分析，得标准品和产品的气相色谱图见图1，图2.

由图1和图2可知，棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯的保留时间分别为 14.714，17.589，18.032，19.021，20.490 min.

2.2 线性关系的测定

取脂肪酸甲酯混合标准溶液进行线性分析，以各脂肪酸甲酯的质量对内标物的质量为横坐标(X轴)，以脂肪酸甲酯各组分的峰面积对内标物的峰面积为纵坐标(Y轴)作标准曲线，得各脂肪酸甲酯的线性回归方程见表1.

表1 线性关系的测定结果Table1 Experiment results on linearity

从表1可以看出，各脂肪酸甲酯质量浓度为4～32 g·L-1具有良好的线性关系.

2.3 回收率的测定

在给定试样的质量浓度范围内，5种脂肪酸甲酯配成的混合溶液重复进样5次，由表2可以看出，脂肪酸甲酯的平均回收率在 98.28% ～101.85%，相对标准偏差小于0.31%，该方法准确度高，具有较高的可靠性.

表2 回收率的测定结果Table2 Experiment results on recovery rate

2.4 精密度的测定

用精密度测定的产品内标溶液重复进样5次进行气相色谱分析，由表3得棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯的变异系数分别为 0.63%，1.59%，0.26%，0.17% 和1.04%，该方法精密度较高.同时，可以得到原料油在完全甲酯化反应后棕榈酸甲酯含量为110.36 mg·g-1，硬脂酸甲酯含量为 39.50 mg·g-1，油酸甲酯含量为229.36 mg·g-1，亚油酸甲酯含量为554.90 mg·g-1，亚麻酸甲酯含量为 49.84 mg·g-1，5 种甲酯总含量为 983.96 mg·g-1.该方法精密度高，具有较高的可靠性.

表3 精密度的测定结果Table3 Experiment results on precision

3 结论

本试验采用Agilent6820型气相色谱仪，HP-innowax毛细管色谱柱(25 m ×0.200 mm ×0.2 μm)，以十一酸甲酯为内标，分流比 50∶1，测定生物柴油中各脂肪酸甲酯的含量.用毛细管色谱柱及柱升温程序来分析生物柴油，具有较好的线性关系，线性相关系数≥0.992 8;在给定试样的质量浓度范围内，脂肪酸甲酯的平均回收率在98.28% ～101.85%，相对标准偏差小于0.31%;该方法具有较高的精密度，5种脂肪酸甲酯的变异系数在0.17% ～1.59%.该方法简单、准确、重现性好，为生物柴油的研究开发提供了一种快速有效的测试方法.

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