揮發(fā)性脂肪酸的測定(三)碳酸氫鹽堿度和VFA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、丁酸濃度會上升。

一、分析原理

厭氧處理中會產(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。這是厭氧處理中最重要的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PH=3，在這一pH值下，所有HCO3-被轉(zhuǎn)化為H2CO3，VFA也幾乎地轉(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由其中溢出，而VFA則因?yàn)橛谢亓骼淠鞫Ａ粼谒畼又小Ｈ缓笏畼右?.1000 mol/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。

二、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)；

三、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．指示液
   稱取1g溶于100ml 95%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（1/2 Na2CO3=0.0250 mol/L）
   稱取1.392g(于250℃烘干4h)的(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（0.0250 mol/L）
   用分度吸管吸取2.1 ml濃鹽酸(ρ=1.19g/ml)，并用蒸餾水稀釋至1000ml,此溶液濃度≈0.0250 mol/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250 ml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。按下式計(jì)算其準(zhǔn)確度：
 C=0.0250×25.00/V  
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。其精確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)試劑級鄰苯二甲酸氫鉀在105℃-110℃烘干至恒重。精確稱取三份，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：
C= =G×103/(204.22×V) 
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)。

四、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，小心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，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。

五、結(jié)果計(jì)算

揮發(fā)酸（VFA）（mol/l）=(Z×Ca-B×Cb)×103/V
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）。