现代化工分析方法与实验技术实验报告.docx

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现代化工分析方法与实验技术实验报告

实验一紫外可见分光光度法测定碱木质素的酚羟基

（一）实验目的

用FC法测定漆酶活化的碱木质素酚羟基含量

（二）实验原理

碱木质素为造纸黑夜的主要成分，其难溶于水，可通过磺化使其成为两亲性的聚合物。

但是因为碱木质素分子活性位点太少，可通过漆酶活化后再磺化，便可提高磺化后产物——木质素磺酸盐的磺化度。

漆酶的酶活已经预先测定，单位为U/g（漆酶），漆酶的用量表示为U/g（碱木质素）。

因为碱木质素在波长为280nm处有最大吸收波长，可通过紫外可见分光光度法测定其含量，又因为香草醛标准溶液与FC试剂反应后在波长为760nm处有最大吸收波长，也可通过紫外可见分光光度法测定漆酶活化后碱木质素的酚羟基的含量（碱木质素也有类似于香草醛和FC试剂的反应）。

（三）实验步骤

1漆酶改性碱木质素

先用漆酶改性碱木质素，后对产物干燥处理。

2酚羟基含量测定

FC法步骤如下：

a）取120mg干燥样品溶解并定容于100mL容量瓶中，同时取一小部分出来稀释测浓度（波长为280nm）。

b）取以上溶液1mL于25mL容量瓶中，加入1.5mLFC试剂，再加入15mL去离子水稀释。

c）往以上溶液加入5mL20%Na2CO3溶液（20gNa2CO3溶解于100mL容量瓶）后用去离子水定容。

d）将以上溶液移至150mL锥形瓶中，在摇床中于30℃，200rpm的条件下反应2h

e）在760nm处测定以上溶液的吸光度。

根据香草醛的标准曲线：

y=0.011x+0.0503可求得一定体积的碱木质素溶液酚羟基的摩尔数；同时根据碱木质素的标准曲线为：

y=0.01342x-0.01651可求得一定体积的碱木质素的含量。

酚羟基的含量表示为1g的碱木质素所含有的酚羟基的摩尔数。

（四）实验数据记录与处理

测定碱木质素的含量，选取的波长为280nm，因为其在280nm处有最大吸收波长，测定其含量的图谱如图所示：

Abs（280nm）

浓度mg/L

稀释倍数

原浓度mg/L

Blank

0.8397

63.8

18.57

1185.1

5u，g/3h

0.5871

44.9

27.67

1244.6

10u，g/3h

0.6196

47.4

26.84

1272.2

测定碱木质素的酚羟基含量，选取的波长为760nm，因为标准溶液在760nm处有最大吸收波长，测定其含量的图谱如图所示：

Abs（760nm）

μmol/L

μmol

1ml的碱木质素质量/g

酚羟基mmol/g

blank

1.0876

94.30

2.36

0.0012

1.99

5u，g/3h

1.1473

99.72

2.49

0.0012

2.00

10u，g/3h

1.2316

107.39

2.68

0.0013

2.11

（五）结论

经过漆酶改性后，碱木质素的酚羟基含量增多，有利于进一步磺化改性。

FC法测定碱木质素的酚羟基含量，简单快捷，和滴定法相比，节省不少时间和精力。

（六）讨论

紫外可见分光光度法测定木质素的含量已经成为经典方法，主要是木质素含有苯环，有共轭体系。

其实对于有不饱和键的有机物，都可以考虑用UV-Vis法测定其含量。

对于多组分，可考虑用双波长法。

岛津的UV2450提供了光谱测定、光度测定、动力学测定和报告处理四大模块，波长范围190~900nm，分辨率0.1nm，由于我已经用了三年多的UV-2450和UV-2455，这几部分内容已经相当熟悉和运用。

至于仪器运用步骤就不多说，主要谈谈一些额外问题。

1.比色皿的清洗特别重要，每次试验前，别人用过的比色皿一定要清洗干净，最好用超声清洗，如果不干净对结果影响很大。

2.比色皿里面样品最好没有气泡，否则结果也影响很大。

3.隔一段时间应该检查仪器的信号的稳定性。

4.做样时应该定时更换空白液，因为空白液吸光后温度上升，体积变化，而样品温度较低的话，对结果有一定影响。

5.每次做完一定要关机，如果长时间开机，测定结果会不准。

6.比色皿应该配对使用，来自不同盒子的比色皿，相差比较大。

实验二气相色谱法鉴定盐析萃取生物丁醇效果

（一）实验目的

用气相色谱法测定经盐析萃取粗醇后的有机相和水相中各组分（水、乙醇、丙酮、丁醇）的含量，判断各种盐对生物丁醇的盐析萃取效果。

（二）实验背景

正丁醇是优良的有机溶剂和重要有机化工原料，广泛地用于有机合成、塑料、树脂、油漆和医药等工业。

与化学法相比，发酵法生产正丁醇具有设备简单、原料来源广、可再生等优点。

但发酵液的组成复杂（含正丁醇、乙醇和丙酮），且浓度很低（约2%），其余为发酵固体物和水。

传统分离方法是将发酵液经过粗分离塔蒸馏提浓去掉发酵固体物和部分水，得到约含4%乙醇、10%丙酮、26%正丁醇和60%水的粗醇，然后用三个精馏塔分离得到乙醇、丙酮和正丁醇。

导致分离的能耗很大，每吨溶剂的蒸汽消耗高达18t。

因此，迫切需要开发高效节能的生物丁醇分离技术。

（各组分含量均为质量比）

（三）实验原理

生物丁醇中的水、乙醇、丙酮、丁醇的含量都可以通过气相色谱法进行定性定量分析。

定性分析的基础是用纯水，纯乙醇，纯丙酮，纯丁醇测定各自的相对保留时间，然后和样品中各组分的相对保留时间比较；定量的基础的面积归一化法，检测器采用TCD，校正因子采用质量相对校正因子（见下表）。

以生物丁醇发酵液提取的粗醇为原料，通过研究不同盐溶液对粗醇体系相平衡的影响，测定盐析后有机相和水相各组分含量，判定各种盐的萃取效果。

进行色谱分析时，色谱工作站记录的数据为各组分的峰面积，并非各组分真实的量。

本实验采用相对校正因子峰面积归一化法计算试样中各组分的质量分数，所用公式为[62]：

（式2-1）

式中：

xi为组分i的质量分数，

Ai为组分i的峰面积，

fi为组分i对基准物的相对校正因子，

N为试样中所含组分的个数。

由公式（2-1）可知，要知道相对校正因子才能计算出各组分的质量分数。

热导检测时的相对校正因子一般只与组份标准物和载气性质有关，而和热导池结构、热丝温度、桥流、所用敏感元件以及柱温、流速等无关。

国际上规定以苯为基准物质计算相对校正因子。

在文献[62]里可以查得以下物质在以氢气为载气，热导检测下的相对质量校正因子，并建立在上述色谱分析条件下的校正表，如表2-1。

表2-1水-乙醇-丙酮-正丁醇体系的校正表

Tab.2.1Correctiontableofwater/ethanol/acetone/1-butanolsystem

物质

时间窗（min）

保留时间（min）

相对质量校正因子[62]

水

0.500

0.800

0.699

乙醇

0.500

2.400

0.780

丙酮

0.500

3.780

0.820

正丁醇

0.500

14.767

1.000

（四）实验步骤

1.在25ml比色管中配制含4%乙醇、10%丙酮、26%正丁醇和60%水的丁醇混合液25g若干份。

2往上述溶液各自加入不同类型的单一盐类直至饱和，放入恒温槽中，当温度升到系统所需的温度时，开始中搅拌30min（250r/min），然后静置20～30min待其平衡后，分出水相和有机相，即可进行取样分析。

3首先进行有机相取样分析，用1μL注射器直接取样分析，每隔10分钟取一次样进行分析，如果两次分析结果相差不大时，就可以认为系统达到了平衡。

然后就进行水相取样分析。

取水相时由于注射器针头先要通过有机相，如直接取样，则注射器针头易被有机相污染，这样就会引起较大的误差。

在本实验中先用1ml注射器吸入空气，通过缓慢吹气穿过上层有机相进入下层水相，用该注射器取0.2～0.3ml的样品注入预先加热好的干净的小三角锥瓶内，然后用1μL的注射器取样进行分析。

每次取样量0.4μL，平均每个组成下取三次样进行分析，最后取三次结果的平均值作为实验结果。

（五）气相色谱法分离条件

气相色谱仪：

GC7900，上海天美科学仪器有限公司；

填充柱：

长2m，内径3mm，填充物GDX-101；

汽化室温度：

190℃；

检测室温度：

190℃；

柱温：

150℃，采用普通升温；

载气：

H2；

流速：

30mL·min-1；

柱前压：

0.03Mpa；

桥流：

100mA；

讯号衰减：

1；

在上述操作条件下，水、乙醇、丙酮、正丁醇能被很好分离。

它们出峰的先后顺序为水峰、乙醇峰、丙酮峰、正丁醇峰。

（六）实验数据记录与处理

（1）相对质量校正因子结果

验证了表2-1中的相对质量校正因子在色谱分析条件下的准确性。

准确配制已知浓度的一系列正丁醇-丙酮-乙醇-水体系的标准溶液，再进行取样分析。

分析结果如图。

图2-1

经过表2-1的校正因子校正后，由面积归一法得到物料中各物质的质量分数，与已知浓度比较误差小于1%，说明表中的相对质量校正因子是准确的。

（2）盐析萃取的效果测试

粗醇经过盐析萃取后，经气相色谱法分析得出有机相、水相中各组分质量分数。

图2-1为粗醇经饱和碳酸钾萃取后有机相中各组分质量分数，图2-3为粗醇经饱和碳酸钾萃取后水相中各组分质量分数。

其余盐的谱图由于太多，不一一列出。

图2-2

图2-3

由图谱可以看出，经过饱和盐的盐析萃取后，溶液中有机物得到富集，能增大正丁醇、丙酮和乙醇的分配系数和选择性系数，达到分离提浓正丁醇、丙酮和乙醇的目的。

表2-2不同盐类的提纯效果

有机相组分平衡浓度w/%

有机相组分平衡浓度w/%

w水

w乙醇

w丙酮

w正丁醇

w水

w乙醇

w丙酮

w正丁醇

空白

59.61

3.86

9.74

26.8

K2C2O4

25.4

5.44

14.65

54.51

92.02

2.05

4.23

1.71

Na2CO3

14.81

8.16

20.43

56.6

98.76

0.41

0.68

0.14

LiCl

21.87

6.12

12.91

59.12

84.13

3.43

9.76

2.68

CaCl2

18.62

6.51

13.93

60.95

84.30

3.46

9.65

2.59

KCl

15.79

6.09

15.59

62.53

87.92

2.49

6.89

2.70

MgCl2

23.42

4.13

9.46

62.98

82.85

3.30

9.39

4.45

NaCl

12.46

6.8

17.3

63.45

91.08

2.07

5.22

1.63

NaNO3

15.05

6.44

14.75

63.77

90.78

1.80

5.89

1.53

K2CO3

7.44

8.82

23.45

60.29

84.47

3.10

6.78

5.65

NaAc

10.68

6.55

18.37

64.4

90.71

2.25

4.51

2.53

NaNO2

10.94

7.04

16.8

65.24

92.61

1.18

5.19

1.02

由表2-2的实验值可知，盐类使有机相中正丁醇的质量分数提高，达到了提纯的效果，其中NaNO2对正丁醇的提纯效果最好，可使有机相的正丁醇的浓度从20.8%提高到65.24%。

各种盐对正丁醇的提纯能力次序为：

NaNO2＞NaAc＞NaNO3＞NaCl＞MgCl2＞KCl＞CaCl2＞K2CO3＞Na2CO3＞K2C2O4；对丙酮的提纯能力次序为：

K2CO3＞Na2CO3＞NaAc＞NaCl＞NaNO2＞KCl＞NaNO3＞K2C2O4＞CaCl2＞MgCl2；对乙醇的提纯能力次序为K2CO3＞Na2CO3＞NaNO2＞NaCl＞NaAc＞CaCl2＞NaNO3＞KCl＞K2C2O4＞MgCl2；各种盐脱水能力次序为Na2CO3＞NaNO2＞K2C2O4＞NaCl＞NaNO3＞NaAc＞KCl＞K2CO3＞CaCl2＞MgCl2。

综上所述，单一的盐类并不能共同对正丙醇、丙酮、乙醇三者都起到很好的提浓效果，所以必须开发复合萃取剂，盐溶液等组成的萃取剂能增强对有机物的排斥力和对水的吸引力，从而提高正丁醇、丙酮和乙醇的分配系数以及选择性系数。

利用复合排斥萃取去除粗醇中的大部分水，提高有机相中正丁醇、丙酮和乙醇浓度，降低了后续精馏塔的负荷，从而达到节能和增加产能的目的。

由于粗醇组成复杂、多个精馏塔（丁醇塔、丙酮塔和乙醇塔）之间相互干扰、且存在侧线进出料，萃取单元对各塔的进料组成影响很大，因此需要根据萃取单元的影响对精馏工艺进行调整和优化。

这是能否实现高效节能目标的关键。

（七）讨论

由于生物丁醇所含组分（水、乙醇、丙酮、丁醇）的相对分子质量低、沸点低、容易挥发、热稳定性好，可以用气相色谱法进行分析各组分含量。

又因为含有组分水，故柱子选择填充柱和另一根参比填充柱，检测器选择热导检测器。

由于操作气相色谱已经有半年时间，所以开机和关机实验步骤不在细说，主要根据我这半年来的使用和本科时对基础知识的掌握，说一些心得体会。

1.由于热导检测器本身灵敏度比较低，所以开机后一定要在衰减信号比较低的情况下基线平稳才进行样品的测定。

2.由于热导检测器在惠更斯电桥中使用钨丝，所以在升温时要时刻保持系统里有惰性气体或者还原性气体的存在，不能有氧化性气体，否则会氧化钨丝。

3.使用FID时，只需色谱柱温度降下来就可关机，但是TCD则要使检测器的温度降下来才能关机。

4.要经常观察柱前压力，经常检查各接口气密性。

5.检测水相时，因为含水量比较大，会和钨丝产生一些反应，这也是形成拖尾峰的原因，所以做完水相样品后最好用载气冲洗30min。

6.因为进样口的橡胶垫圈用久了会漏气，厂家要求50次后更换垫圈，但是据我经验，当垫圈在进样的时候如果感觉垫圈非常松了，就要更换垫圈了，防止进样后才漏气的现象出现。

7.用氢气等做载气要最后把载气排出室外。

8.检测一个样品前要查每个组分物性，尝试不同柱温或者用程序升温法，直到各组分有良好分辨率，才确定进样口温度、柱温和检测器温度。

9.新柱子使用前最好老化。

10.当有多个检测器的时候，如果使用其中一个检测器，另外的检测器最好设置补偿温度。

11.进样针使用完毕后最好用蒸馏水，后用丙酮洗涤，以防止长时间不使用会使金属生锈。