燃料乙醇中钾钠钙镁检测方案(原子吸收光谱)

PerkinElmer’For the BetterPerkinElmer80 周年用户论文集 PerkinElmer80 周年用户论文集For the Better 火焰原子吸收法测定燃料乙醇生产工艺中的钾钠钙镁 杨维旭王雁飞孔令新钱世凯” 1.吉林燃料乙醇有限公司质检中心2.吉林燃料乙醇有限公司生产技术处 摘要： K*、Na*、Ca²+、Mg2*的浓度不同，对酶制剂、酿酒酵母的作用效应也不同，即可起到水解及增殖的激活作用，也可具有强烈的抑制作用。常规火焰原子吸收法测定这四种金属离子，存在电离干扰及共存离子的抑制，影响结果的准确性。本文通过在待测试样中，加入消电离剂和释放剂配成的混合溶液的方式；经检测验证，取得了理想的实验效果。且方法简单快捷，可为燃料乙醇生产的发酵工艺及时出具科学数据。 关键词：火焰原子吸收钾钠钙镁发酵醪液 Abstract： Different concentrations of K*、Na*、Ca、Mghave different effects on enzyme preparation andbrewing yeast， which can be activated by hydrolysis and proliferation， and can also have a strong inhibitory effect.The conventional flame atomic absorption method is used to determine the four metal ions， and there is theinhibition of ionizing interference and co-existing ions， which can affect the accuracy of the results. In this paper，the method of mixing solution with disionization agent and releasing agent is adopted in the test sample. Theexperimental results are proved to be satisfactory. And the method is simple and fast， which can produce thescientific data in time for the fermentation process of fuel ethanol production. Keywords： flame atomic absorption Potassium sodium calcium magnesium fermentation mash 目前，燃料乙醇作为新型清洁能源的概念日渐显现。在燃料乙醇的生产中，液糖化及发酵是最为重要的工艺环节，直接关系到酒精收率的高低；其中酶制剂主要作用于液化、糖化及发酵初期，酿酒酵母这贯穿于发酵全过程。有研究表明， K*、Na*、Mg²在一定的浓度范围内，对淀粉酶具有激活作用；显著效果依次为K*>Mg心+>Na；而Ca在 0-1.5mg/ml范围内对酶的活性有激活作用，1.5-3.75mg/ml范围内具有抑制作用。无机离子对酶活性的作用机理较为复杂，主要是通过改变酶蛋白的构象来影响酶的活性的。同样，酵母细胞的增殖也需要某些金属离子的参与，如K*、Na*、Ca、Mg*， 这些金属离子在酵母细胞分裂周期中的调控作用越来越受到重视，并且随着浓度的变化，作用效应即可起到增殖的激活作用，也可具有强烈的抑制作用。所以，对液糖化及发酵工艺中的钾钠钙镁离子浓度的检测，意义重要；尤其在工艺波动期间，也是判定影响因素的参考依据。 火焰原子吸收光谱法以其灵敏度高、检出限低等优点，成为检测钾钠钙镁的首选方法。常规方法是样品离心过滤、酸化定容后检测，但因发酵醪液中存在的磷酸盐及其他金属离子，会造成电离干扰和共存离子的化学抑制干扰，使得数据偏差较大，难以准确定量。而加入消电离剂和释放剂，是解决干扰的根本方法，我们尝试将消电离剂硝酸铯和释放剂硝酸镧，按比例配成混合溶液；首先加入到钾钠钙镁混合标准溶液系列中，建立标准曲线；然后在待测样品中定容时，加入一定量的硝酸铯和硝酸镧混合溶液，即可准确测定醪液样品中的钾钠钙镁浓度。 1实验 1.1仪器 PinAAcle900F 原子吸收分光光度计；钾、钠、钙、镁空心阴极灯 美国 PerkinElmer (珀金埃尔默)公司 Milli-Q advantage A10实验室超纯水系统(电阻率18.2MQ.cm) 移液器 Brand公司IDispensetteR 2.5-25ml 1.2主要试剂 1.2.1 标准贮备液： 浓度为1000.00 mg/L： 钾 GBW(E) 080125 10053 钠 GBW (E) 080127 11041 钙 GBW (E)080118 11031 镁 GBW (E) 080126 10063 (中国计量科学研究院) 1.2.2 硝酸铯和硝酸镧混合溶液： 火焰原子吸收测钾、钠离子的过程中，由于钾钠的电离，参与原子吸收的基态原子数减少，吸光度下降，导致测定结果产生误差。铯相对钾钠离子更易电离的物质，可提供更多的电子，让电离平衡向基态原子方向移动，抑制了钾钠的电离。而硝酸镧作为释放剂，不仅能使钙镁元素有效的从干扰元素形成的化合物中释放出来，而且对应的空白值也相对较低。 称取 5.90 g氧化镧(含氧化镧 99.9%)，用少量8 mol/L 的硝酸溶解，蒸至近干；稍冷，加少量 0.8 mol/L 硝酸微热溶解；冷却后移至100mL容量瓶中； 称取1.45g硝酸铯(高纯试剂)溶于该溶液中；用0.8 mol/L 硝酸溶液定容，混匀。 此溶液中含铯离子100 g/L、镧离子100 g/L。 实验玻璃器皿均用5%硝酸溶液浸泡24H以上。 1.3 方法 1.3.1 仪器参数选择 表1 仪器工作条件 元素 位号 波长/nm 狭缝/nm 灯电流/mA 测量高度/mm 空气/乙炔 流量/L.min-1 K 0 766.5 0.7 12 7.5 10/25 Na 5 589.3 0.2 8 7.5 10/25 Ca 7 422.7 0.7 10 7.5 10/25 Mg 9 285.2 0.7 6 7.5 10/25 1.3.2 标准曲线 分别吸取钾钠钙镁标准贮备液，按照表2标准系列的浓度，对应加到100mL容量瓶中，加入2mL 的硝酸和 3.0mL 的硝酸铯硝酸镧混合溶液，用去离子水定容，摇匀。然后，按照表1规定的仪器工作条件测定各元素的吸光值，并绘制校准曲线。 表2 K*、Na*、Ca²、Mg?*标准溶液系列的浓度(mg/L) 元素 0 1L 2 3 4 K 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 Na 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 Ca 0.00 2.50 5.00 7.50 10.00 Mg 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.3.3 发酵醪液的样品检测 醪液样品 4000r/min 离心 5min。吸取离心后的上清液，通过微孔滤膜滤掉微小颗粒，转移或稀释到表2所列浓度范围，加入2mL 的硝酸和 3.0mL的硝酸铯硝酸镧混合溶液，用去离子水定容到 100ml， 摇均； PinAAcle900F 原子吸收分光光度计进行检测。 2结果 2.1钾钠钙镁的标准曲线： 表3 标准系列溶液回归方程 样品名称 回归方程 相关系数R K Abs=0.3201Conc+0.0717 0.9987 Na Abs=0.2798Conc+0.0504 0.9997 Ca Abs=0.3201Conc+0.0206 0.9996 Mg Abs=0.637Conc+0.12 0.9988 表3的结果表明：钾钠钙镁的浓度标准曲线线性，且含量范围涵盖合理(各元素曲线的最高浓度均控制在0.7以下)，略高于常规方法的线性(基本在 0.9988左右)，说明满足方法的适用性，线性符合检测的规范要求。 2.2钾钠钙镁的回收实验： 常规方法(A)和添加硝酸铯和硝酸镧混合溶液的方法(B)，线性接近；所以回收率的试验结果，就成为我们关注的重点： 任选8份醪液样品，经过稀释到合适浓度后，分别按照两种方法进行检测本底含量，再将相应的醪液样品，分别加入定量的钾钠钙镁标准溶液， PinAAcle900F 原子吸收分光光度计进行检测。试验结果见表4 表4 回收率试验结果 样品 名称 原含量(mg/L) 加入量(mg/L) 检测总量(mg/L) 回收量 (mg/L) 回收率(%) A B A B A B K 0.86 1.00 1.68 1.85 0.82 0.99 82.0 99.0 Na 0.5 1.00 1.42 1.48 0.92 0.98 92.0 98.0 Ca 2.50 5.00 7.22 7.52 4.72 5.02 94.4 100.4 Mg 0.25 0.75 1.35 1.02 1.10 0.77 146.7 102.7 2.3添加硝酸铯和硝酸镧混合溶液的方法评价 表5检出限、精密度和重复性试验 样品 名称 平行制备8个试剂空白，按 表1的仪器条件，测定其空白值，其标准差的10倍除以工作曲线的斜率，所对应 的样品浓度为要检出限 标准溶液按表1的仪器条件测定含量，重复8次 取批号为1931B的醪液样品，按相应制备方法，共配制6份，测定含量 检出限(mg/L) 精密度RSD% 重复性RSD% K 0.0089 1.25 0.45 Na 0.0016 0.75 0.52 Ca 0.0760 0.85 1.35 Mg 0.0020 0.95 1.58 3 讨论 3.1 添加硝酸铯和硝酸镧混合溶液的原子吸收光谱法，对钾钠钙镁的测试结果表明，数据稳定、准确，取得了较为理想的效果。尤其是回收率方面，常规方法各元素的加标回收率，在82.0%~146.7%范围内，且钾及镁的样品回收率波动较大；而硝酸铯和硝酸镧混合溶液法的加标回收率在98.0%~102.7%之间。一方面说明，醪液中磷酸盐及共存离子，对钾钠钙镁的分析有着较大的干扰，影响了测量结果；另一方面说明，添加硝酸铯和硝酸镧混合溶液的改进方法，作为抑制电离剂和释放剂，有效消除了电离干扰，提高了原子化效率；方法专属性强，灵敏度高，结果准确，对燃料乙醇生产工艺中醪液的钾、钠、钙、镁含量评价提供了可靠的技术支持。 3.2 工艺波动期间，对液糖化及发酵工艺中的钾钠钙镁离子浓度的检测，也是判定工艺影响因素的重要参考依据；醪液中磷酸盐及共存离子的产生，或同生产工艺或者原料受金属元素的影响有关。钾钠钙镁离子，针对酶制剂及酿酒酵母的活性、增殖的作用机理，浓度高低所产生的激活、抑制作用等尚需进一步研究。 ( 参考文献 ) ( [1] 鲁仲谋袁生尹丽红陆玲某些金属离子对酿酒酵母和粟酒裂殖酵母的细胞增殖具有不同的作用效 应[J]. 微 生物学杂志，1997 ， 17(4)12-17. ) ( 21 聂国兴明红胡建业丁辉无机离子对淀粉酶活性的影响[J].水利渔业，2004，24(4)26-29. ) ( [3] 刘全德，陈尚龙，李勇，郑毅等 直接进样火焰原子吸收光谱法测定白洒中的钙[J]. 食 品科学， 2011，32(24)224-227. ) ( [4] 何燕莉 原子吸收光谱法测定氨基酸葡萄糖注射液中钾、钠、钙、镁的含量 [J]. 今日药学， 2017， 2 7(3)162-163. ) 火焰原子吸收光谱法以其灵敏度高、检出限低等优点，成为检测钾钠钙镁的首选方法。常规方法是样品离心过滤、酸化定容后检测，但因发酵醪液中存在的磷酸盐及其他金属离子，会造成电离干扰和共存离子的化学抑制干扰，使得数据偏差较大，难以准确定量。而加入消电离剂和释放剂，是解决干扰的根本方法，我们尝试将消电离剂硝酸铯和释放剂硝酸镧，按比例配成混合溶液；首先加入到钾钠钙镁混合标准溶液系列中，建立标准曲线；然后在待测样品中定容时，加入一定量的硝酸铯和硝酸镧混合溶液，即可准确测定醪液样品中的钾钠钙镁浓度。