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揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的測定-碳酸氫鹽堿度和VFA分析的聯(lián)合滴定法
日期:2025-02-10 23:45
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摘要:
揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的測定
--碳酸氫鹽堿度和VFA分析的聯(lián)合滴定法
揮發(fā)性脂肪酸(VFA)是厭氧消化過程的重要中間產(chǎn)物,甲烷菌主要利用VFA形成甲烷,只有少部分甲烷由CO2和H2生成。但CO2和H2的生成也經(jīng)過高分子有機(jī)物形成VFA的中間過程。由此看來,形成甲烷的過程離不開VFA的形成,但是VFA在厭氧反應(yīng)器中的積累能反映出甲烷菌的不活躍狀態(tài)或反應(yīng)器操作條件的惡化,較高的VFA(例如乙酸)濃度對甲烷菌有抑制作用。因此在反應(yīng)器運(yùn)行中,出水VFA用作重要的控制指標(biāo)。
在VFA測定中,常進(jìn)行VFA總量測定,其單位以mmol/L或換算為按乙酸計(jì),以單位mg/L表示。對VFA中各種低級(jí)脂肪酸(乙酸、丙酸)的分別定量分析也是重要的,有時(shí)常需要知道以COD表示的VFA的量(即VFA以單位mgCOD/L)表示,此時(shí)也需要知道VFA中各種有機(jī)酸的含量,因此它們換算為COD的換算系數(shù)是不同的。
VFA包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸以及它們的異構(gòu)體。在運(yùn)轉(zhuǎn)良好的高速厭氧反應(yīng)器中,VFA中乙酸可占有很高的比例,但當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)不好時(shí),丙、丁酸濃度會(huì)上升。
(1)分析原理
厭氧處理中會(huì)產(chǎn)生大量的CO2,在反應(yīng)器條件下(pH6~8之間),這些CO2主要以HCO3-形成存在。這是厭氧處理中*重要的pH緩沖物,由HCO3-或主要由HCO3-引起的堿度稱為碳酸氫鹽堿度。HCO3-產(chǎn)生*大緩沖能力的范圍約在pH6~7。如前所述,HCO3-可以通過滴定測定,但測定過程受到其它一些陰離子的干擾,其中發(fā)酵液中常含有的VFA的陰離子是影響碳酸氫鹽堿度的主要因素。為此,在荷蘭發(fā)展了碳酸氫鹽堿度和VFA同時(shí)進(jìn)行測量的方法。其原理如下:
水樣先以0.1000mol/L的HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH3,在這一pH值下,所有HCO3-被完全轉(zhuǎn)化為H2CO3,VFA也幾乎完全地轉(zhuǎn)化為其非離子形式。此后,已被滴定至pH3的水樣在如圖所示的帶回流冷凝器的燒瓶中煮沸,所有轉(zhuǎn)化為H2CO3的HCO3-將分解為CO2和H2O,其中CO2完全由其中溢出,而VFA則因?yàn)橛谢亓骼淠鞫A粼谒畼又?。然后水樣?.1000mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH6.5,在此pH下,所有的VFA和其他弱酸將被轉(zhuǎn)化為其離子形式。由使用的HCl和NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的量,即可計(jì)算出碳酸鹽堿度和VFA的濃度。由此得到的結(jié)果更易于判斷水樣在厭氧條件下的緩沖能力。
(2)儀器
1.250ml帶磨口燒瓶,250ml燒杯;
2.10ml半微量酸式滴定管;
3.10ml半微量堿式滴定管;
4.回流冷凝器;
5.自動(dòng)電位滴定計(jì);
(3)試劑
1.無二氧化碳水
用于制備標(biāo)準(zhǔn)溶液及稀釋用的蒸餾水或去離子水,臨用前煮沸15min,冷卻至室溫。PH值應(yīng)大于6.0,電導(dǎo)率小于2μs/cm。
2.酚酞指示液
稱取1g酚酞溶于100ml95%乙醇中,用0.1mol氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至出現(xiàn)淡紅色為止。
3.甲基橙指示劑
稱取0.1g甲基橙溶于100ml蒸餾水中。
4.碳酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(1/2Na2CO3=0.0250 mol/L)
稱取1.392g(于250℃烘干4h)的無水碳酸鈉(Na2CO3),溶于少量無二氧化碳水中,移入1000ml容量瓶中,用水稀釋至標(biāo)線,搖勻。貯于聚乙烯瓶中,保存時(shí)間不要超過一周。
5.鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.0250mol/L)
用分度吸管吸取2.1ml濃鹽酸(ρ=1.19g/ml),并用蒸餾水稀釋至1000ml,此溶液濃度≈0.0250mol/L。其準(zhǔn)確濃度按下法標(biāo)定:
用無分度吸管吸取25.00 ml碳酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液于250ml錐形瓶中,加無二氧化碳水稀釋至約100ml,加入3滴甲基橙指示液,用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至由桔黃色剛變成桔紅色,記錄鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液用量。安下式計(jì)算其準(zhǔn)確度:
式中,
c--鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(mol/L);
V--鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液用量(ml)。
6.氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.0250 mol/L)
稱取60g氫氧化鈉,溶于50ml水中,冷卻后移入聚乙烯細(xì)口瓶中,蓋緊瓶蓋靜置4d以上。然后吸取上層澄清溶液1.4ml,用水稀釋至1000ml,此溶液約為001mol/L。其**濃度可用鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)定,標(biāo)定方法如下:
取基準(zhǔn)試劑級(jí)鄰苯二甲酸氫鉀在105℃-110℃烘干至恒重。**稱取三份,每份約0.1g(稱準(zhǔn)至0.0001g),分別置于250ml錐形瓶中,加入100ml水,稍加熱使之溶解。然后加入4滴酚酞指示劑,用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡紅色不褪為止。記錄下氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量(ml),并按下式計(jì)算其濃度:
式中,
c--氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶濃度(mol/L);
V--氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶用量(ml);
G--鄰苯二甲酸氫鉀重量(g);
204.22--苯二甲酸氫鉀(KH4C8H4O4)摩爾質(zhì)量(g/mol)。
(4)操作步驟
按自動(dòng)電位計(jì)說明書安裝、校正好電位計(jì),以蒸餾水清洗電極。
用移液管吸取過濾后的水樣Vml(其中含有VFA的量不超過3mmol),加入250ml燒杯中。
將樣品水溫調(diào)制(25±2)℃,將盛有此樣品的250ml燒杯置于滴定臺(tái)上,投入長約1.5cm的磁力攪拌棒,打開攪拌開關(guān)并調(diào)置一定攪拌強(qiáng)度,小新將電極放入燒杯的液面下。
如果此樣品水樣的pH高于6.5,則準(zhǔn)確調(diào)節(jié)至6.5。
然后在自動(dòng)電位滴定計(jì)上滴定此水樣至pH3.0,消耗的0.1000mol/LHCl記作Zml。
將此水樣轉(zhuǎn)移至磨口錐形瓶中,加入沸石或玻璃珠少許,按圖安裝好回流冷凝器。打開冷卻水,加熱至沸騰并維持3min以上,撤離酒精燈并等待2min,將溶液移回250ml燒杯。
以NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH=6.5,消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液記作bml。
(5)結(jié)果計(jì)算
式中,
Ca--標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液的濃度(mol/L);
Cb--標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液的濃度(mol/L)。