气相色谱法测定生物质醇解产物中的乙酰丙酸乙酯

常 春，姜孝先，张 挺

(郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001)

0 引言

乙酰丙酸乙酯(Ethyl Levulinic Acid，ELA)是一种重要的化工产品，具有广泛的用途.它不仅是一种新型的香料，可用于烟草香精去除尼古丁，也用于水果保鲜［1］.此外，ELA作为一种新型的液体燃料添加剂而备受关注.在柴油中添加体积分数为2.5% ～15%的ELA后，其燃点、凝固点和氧化值完全可以满足美国ASTM D6751柴油标准［2］.

近年来，人们对生物质醇解转化生成ELA的研究越来越多［3-5］.由于生物质成分十分复杂，生成物种类很多，因此，建立一种高效、便捷的ELA分析方法显得十分重要.气相色谱是一种快速、高效、准确的分析仪器，被广泛应用于生物质转化体系产物的分析.建立气相色谱分析生物质醇解液中ELA的方法，将有利于促进相关研究的发展.刘稼骏曾在分析酱油成分时，提出使用顶空进样法分析ELA［6］，但该方法操作比较繁琐.截至目前，有关对生物质醇解液中ELA的分析还少见报道.据此，笔者以生物质秸秆为原料，建立一种气相色谱直接分析生物质醇解液中ELA的方法，为生物质醇解转化ELA的研究奠定分析基础.

1 材料与方法

1.1 材料

仪器:杭州科晓GC1690气相色谱仪.

试剂:乙酰丙酸乙酯(分析纯，上海阿拉丁试剂公司);正辛醇(分析纯，天津科密欧试剂);葡萄糖(分析纯，天津科密欧试剂);无水乙醇(分析纯，天津风船试剂).

1.2 方法

1.2.1 典型样品溶液的制备

称取4 g小麦秸秆加入到200 mL自制高压反应釜中，另加体积浓度为1%的硫酸乙醇溶液90 mL，混匀后密封反应釜，开始升温.温度达到180℃后，开始计时，反应完成后，快速冷却至室温，打开反应釜，用定性滤纸将样品过滤到100 mL容量瓶中，并用无水乙醇定容到刻度.

1.2.2 标准溶液的配制

准确称量0.726 5 g ELA和0.740 4 g正辛醇于100 mL容量瓶中，分别用无水乙醇定容到刻度，备用.

1.3 色谱操作条件

FFAP毛细管柱(30 m ×0.32 mm ×0.33 μm大连中汇达科学仪器有限公司)，氢火焰离子化检测器(FID)，柱温90℃，保持3 min，然后以10℃/min的速率升至210℃，再保持10 min;汽化室温度240℃;检测器温度250℃;进样量1 μL，分流进样.载气为氮气.

2 结果与分析

2.1 内标物的选择

试验分别选取苯甲酸乙酯(沸点212.6℃)、苯甲酸甲酯(沸点199.6℃)和正辛醇(沸点183.5℃)为3种待考察内标物.图1是在设定条件下内标物和反应产物的典型图谱.从图中可以看出，ELA和苯甲酸甲酯峰不能很好地分开;苯甲酸乙酯能和ELA峰较好分开，但峰基部有杂峰交叉，影响测定结果;正辛醇能和ELA分开，且在其保留时间处杂峰较少，所以选定正辛醇作为内标物.

图1 ELA分析的典型色谱图Fig.1 A typical chromatogram for ELA analysis

2.2 标准曲线的绘制

在编号为 1，2，3，4，5 的10 mL 容量瓶分别加入1，2，3，4和5 mL ELA标准溶液，然后各加入1 mL正辛醇标准溶液，用无水乙醇定容到10 mL.每个样品平行进样3次，绘制标准曲线，如图2所示.对结果进行回归，方程相关系数R2=0.999 7，表明线性程度良好.

图2 ELA的标准曲线Fig.2 The standard curve of ELA

2.3 样品稳定性研究

取3 mL秸秆醇解液样品，加入1 mL内标物标准溶液，稀释至10 mL，进行测定，2，4，6 和 8 h后重复测定，结果见表1.

表1 样品稳定性研究结果Tab.1 The result of sample stability

结果表明，随着样品存放时间的延长，ELA浓度测定值基本不变，表明样品具有较好的依时间稳定性.

2.4 精密度实验

取3份秸秆醇解液样品，分别记为样品1、样品2和样品3.3组样品各3 mL，加入1 mL内标物标准溶液后，稀释至10 mL，进行测定.对同一样品溶液连续进样5次，根据标准曲线算出ELA的浓度，结果见表2.

表2 精密度试验结果Tab.2 The result of precision tests

结果表明，3组秸秆醇解液样品中ELA浓度为761.6，346.2和597.8 mg/L，平均相对标准偏差(RSD)为0.617 5%，表明该分析方法具有较高的精密度.

2.5 加标回收率测定

取秸秆醇解液5份，以本试验方法测定其ELA含量，作为原始含量.在这5份醇解液中各取4 mL，然后准确加入一定量的ELA，各加入正辛醇标准溶液1 mL，作为加样回收供试品溶液，按上述色谱条件测定ELA浓度，结果如表3.从表中可以看到，加标回收试验的平均回收率为100.8%，RSD为1.614%.

表3 加标回收试验结果Tab.3 The result of standard recovery tests

3 结论

利用气相色谱可以直接测定生物质醇解液中ELA的含量.在FFAP毛细管柱中，ELA和内标物正辛醇具有较好的分离效果，通过对标准曲线测定回归，方程相关系数R2=0.999 7，表明线性程度良好.通过样品稳定性研究，表明样品浓度依时间变化不显著.样品精密度试验的平均相对标准偏差(RSD)为0.617 5%，表明该分析方法具有较高的精密度.加标回收试验的平均回收率为100.8%，RSD为1.614%，进一步表明该方法能够有效地测定生物质醇解液中ELA的含量.以上结果表明:气相色谱法能够直接进行生物质醇解液中ELA的分析测定，是一种高效、便捷的分析方法.

［1］何柱生，赵立芳.分子筛负载TiO2/SO42-催化合成乙酰丙酸乙酯的研究［J］.化学研究与应用.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］刘稼骏.顶空进样气相色谱法测定酱油中乙酰丙酸［J］.中国调味品，2002，6(6):42-44.