气相色谱仪测定—污泥发酵中的挥发性脂肪酸VFAs  

   　VFAs样品处理

各种VFA的定性和定量分析采用气相色谱法进行。测定前，样品先用中速定性滤纸过滤，再用0.45μm的滤膜进行压滤式过滤，滤液收集在1.5mL的气相色谱专用的棕色小瓶中，然后往每一小瓶中加入50～150μL的3%的H3PO4，以确保每一样品的pH值小于6.0〔119〕。

仪器配置和使用条件

气相色谱仪(FID氢火焰检测器)

色谱柱DB-WAX30m×0.32mm×0.25mm

载气氮气(流速为50mL/min，没有进行分流设置)

进样器和、检测器温度为200℃和220℃。

柱箱程序升温，110℃运行2min，10℃/min的速度升温到180℃。

定性分析

采用保留时间定性，经过预分析测定，试验中剩余污泥水解酸化产物主要为六种短链脂肪酸，图2.1为其相应的出峰时间。图中2min左右的峰值为杂峰，除此之外，从左到右6个峰依次是乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸、正戊酸，其相应的保留时间分别大约为4.63min、5.59min、5.96min、6.71min、7.24min和8.11min左右，此图为标准样品的色谱图，水样图中各有机酸的峰值大小不同，而出峰时间基本上在上述保留时间范围内。

定量分析

采用外标法进行定量分析，按照峰面积计算水样中各种酸的浓度〔120〕。首先将各种标准酸按照其浓度和含量配成一系列的标准浓度，从气相色谱上测出其不同浓度和相应峰面积对应的六种酸的标准曲线；然后将水样中对应于不同保留时间的峰面积代入相应的标准曲线，从而得到各种有机酸的浓度值；最后将各种有机酸以COD的单位进行加和得到总的VFAs。式(1)、(2)为各种酸的浓度计算公式。表1为六种标准酸的浓度和含量及其标准状态下的沸点。表2为六种短链脂肪酸的名称及相应的COD值。

表1 各种有机酸的密度、含量和沸点(标准状态下)
Table2.1 Density,content,and boiling point of different VFAs(at standard state)
名称         药品等级            密度(g/mL)              含量(%)          沸点(℃)
乙酸         分析纯               1.05                            99.5              118.1
丙酸         分析纯               0.991～0.995            99.5             137～141
异丁酸     化学纯               0.955～0.961            99.0              154.5
正丁酸     化学纯               0.946～0.950            98.5              161～165
异戊酸      化学纯              0.936～0.942            100                173～176
正戊酸      化学纯              0.929～0.937             98.0             184～187

 
 
表2 污泥发酵产生的6种有机酸的特性
Table 2.2 Characteristics of 6 VAFs produced in excess activated sludge fermentation
产物     碳原子数量     分子量(MW)(g/mol)    COD(gCOD/mol)              COD/MW (gCOD/mol)
乙酸            2                         60.05                  64                                             1.07
丙酸            3                         74.08                  112                                             1.51
异丁酸         4                        88.11                  160                                             1.82
正丁酸        4                         88.111                60                                               1.82
异戊酸        5                         102.13                208                                               2.04
正戊酸         5                        102.13                208                                             2.04

 
 Ci·Vi/Cs·Cs=Ai·As                                                            (1)
    
因为试验中Vi=Vs=1μL所以式(2.1)可以写作：
Ci/Cs =Ai·As                                                                         (2)
式中：Ci—样品中有机酸的浓度，mg/L
      Vi—样品的进样体积，试验中取1.0μL