一種分析不同分子量類腐殖質(zhì)官能團組成的方法
【專利摘要】一種分析有機廢棄物中不同分子量類腐殖質(zhì)官能團組成的方法，其主要步驟為：A)樣品采集與有機物提??；B)紅外光譜掃描；C)濾液濃度調(diào)整；D)濾液的三維熒光光譜掃描；E)類腐殖峰位置的確定；F)色譜圖的掃描；G)二維異質(zhì)相關光譜分析；H)不同分子量類腐殖質(zhì)物質(zhì)官能團組成的確定。本發(fā)明測定不同分子量類腐殖質(zhì)的官能團組成，分析快捷，樣品需求量少。
【專利說明】 一種分析不同分子量類腐殖質(zhì)官能團組成的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于固體廢物處理與資源化【技術領域】，具體涉及一種聯(lián)合紅外光譜和高效體積排阻色譜分析有機廢棄物中不同分子量類腐殖質(zhì)物質(zhì)官能團組成的方法。

【背景技術】
[0002]類腐殖質(zhì)物質(zhì)是有機廢棄物處理處置過程中腐殖化和穩(wěn)定化的產(chǎn)物，類腐殖質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)與有機廢棄物的穩(wěn)定性密切相關。有機廢棄物處理過程合成的類腐殖質(zhì)越多、其分子量越大以及苯環(huán)官能團含量越高，微生物越難以利用，有機廢棄物越趨于穩(wěn)定，因此，對有機廢棄物及其處理過程產(chǎn)生的類腐殖質(zhì)分子量及其不同分子量腐殖質(zhì)官能團組成的分析，是評價有機廢棄物穩(wěn)定性和處理效果的一個重要手段。
[0003]目前已有的技術是將有機廢棄物中的類腐殖質(zhì)提取出來，然后采用不同孔徑的濾膜或透析袋將其分組為分子量不同的組分，再采用紅外光譜、核磁共振、質(zhì)譜分析等手段對不同分子量的類腐殖質(zhì)組分進行官能團分析和結(jié)構(gòu)鑒定。但是該分析方法不僅樣品需求量高，勞動量大，而且處理和分析所需時間長，不能方便而快捷確定類腐殖質(zhì)中不同分子量有機物的構(gòu)成情況，尤其不能有效確定不同分子量腐殖質(zhì)的官能團組成特性。
[0004]現(xiàn)代色譜分析技術為類腐殖質(zhì)按分子量分組提供了技術基礎，通過高效體積排阻色譜可以將類腐殖質(zhì)物質(zhì)按分子量大小進行分組，該分析技術分組快捷，但是由于已有的檢測器只有熒光和紫外檢測器，不能有效鑒定不同分子量類腐殖質(zhì)的官能團組成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種快速分析有機廢棄物中不同分子量類腐殖質(zhì)官能團組成的方法，采用高效體積排阻色譜將類腐殖質(zhì)按保留時間不同分為不同分子量的組分，再采用二維異質(zhì)相關光譜對不同分子量組分的官能團組成進行確定。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的分析不同分子量類腐殖質(zhì)官能團組成的方法，其主要步驟為:
[0007]A)有機廢棄物樣品加水，浸提、震蕩后將上清液離心并經(jīng)膜過濾，收集濾液，一部分于4°C保存，一部分冷凍干燥成固體粉末；
[0008]B)將固體粉末與KBr混合均勻后壓片，掃描其4000-4000^1范圍內(nèi)的紅外光譜圖，將其圖譜數(shù)據(jù)導出并以CSV格式保存；
[0009]C)用水調(diào)整40C保存的濾液的DOC濃度為Img r1<D0C<10mg ?Λ并測定調(diào)整DOC后濾液的三維熒光光譜圖，掃描范圍為激發(fā)波長Ex = 200-400nm，發(fā)射波長Em =280-500nm，在三維熒光光譜圖中尋找Em>380nm范圍內(nèi)的熒光峰，確定其位置Ex/Em ；
[0010]D)采用高效體積排阻色譜對調(diào)整DOC后的濾液進行色譜分離，測定不同分離時間激發(fā)/發(fā)射波長=Ex/Em處的熒光強度，獲得類腐殖質(zhì)物質(zhì)熒光強度隨時間序列的色譜圖，出峰時間早的為大分子有機物，而出峰時間晚的為小分子有機物，將色譜數(shù)據(jù)導出并以CSV格式保存；
[0011]E)對粉末的紅外圖譜數(shù)據(jù)和濾液的色譜圖數(shù)據(jù)進行二維異質(zhì)相關光譜分析，得二維異質(zhì)相關光譜的同步圖，在二維異質(zhì)相關光譜的同步圖上，某一色譜時間與某一波段紅外光譜吸收值正相關，即表示這一時間出峰的有機物含有這一波段紅外光譜對應的官能團。
[0012]所述的方法，其中，步驟A的有機廢棄物樣品數(shù)量不少于5個。
[0013]所述的方法，其中，步驟A有機廢棄物樣品是生活垃圾及其堆肥或填埋處理樣品、畜禽糞便及其堆肥樣品、污泥及其堆肥樣品。
[0014]所述的方法，其中，步驟A的震蕩時間為8?24小時。
[0015]所述的方法，其中，步驟A膜過濾所用的膜孔徑為0.22 μ m或0.45 μ m。
[0016]所述的方法，其中，若步驟C中Em>380nm范圍內(nèi)存在多個熒光峰，選擇其中的一個確定其位置Ex/Em。
[0017]所述的方法，其中，若步驟C中不同樣品同一類熒光峰位置不一致，可以在[Ex?(Ex± 1nm) ]/[Em?(Em土 1nm)]范圍內(nèi)任選一個位置不落在一次瑞利散射和二次瑞利散射上的激發(fā)/發(fā)射波長Ex1ZiEm1代替Ex/Em。
[0018]所述的方法，其中，步驟E進行二維異質(zhì)相關光譜分析前需要將色譜數(shù)據(jù)和紅外光譜數(shù)據(jù)進行歸一化處理，使所有數(shù)據(jù)大小在O?I之間。
[0019]本發(fā)明具有如有優(yōu)點:
[0020]I)分析快捷，勞動量少。采用色譜分離、紅外光譜結(jié)合二維相關分析對類腐殖質(zhì)物質(zhì)按分子量進行分組并確定不同分子量組分腐殖質(zhì)的官能團組成，除去樣品制備和紅外分析所需時間，其余過程可以在15分鐘內(nèi)完成，而采用傳統(tǒng)方法其余所需時間不少于2小時，而且所需勞動量大。
[0021]2)樣品需求量少。采用色譜分離，所需樣品量少，減少實驗和分析過程對環(huán)境的污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的流程示意圖；
[0023]圖2是堆肥浸提液中類腐殖質(zhì)物質(zhì)的色譜圖；
[0024]圖3是堆肥浸提液有機物的色譜-紅外二維異質(zhì)相關光譜的同步圖，其中呈深灰色的部分表示負相關，呈白色部分表示正相關。

【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明的技術方案是:
[0026]1、有機物提取:采集樣品，然后加入超純水，浸提、震蕩8?24小時后將上清液離心并過0.45 μ m或0.22 μ m孔徑的濾膜，收集濾液，一部分4°C保存，一部分冷凍干燥成固體粉末。
[0027]2、紅外光譜掃描:將固體粉末樣品與光譜純KBr混合均勻后壓片，掃描其4000-400^^1范圍內(nèi)的紅外光譜，隨后將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為吸收光譜模式，以csv數(shù)據(jù)格式將所有樣品按順序保存在一個文件里。
[0028]3、調(diào)整濾液濃度:采用超純水調(diào)整樣品的DOC濃度為Img r1<D0C<10mg L—1，備用。
[0029]4、濾液的三維熒光光譜掃描:將上述調(diào)整DOC后的樣品進行三維熒光光譜掃描，掃描時激發(fā)波長Ex = 200-400nm，發(fā)射波長Em = 280_500nm，激發(fā)和發(fā)射波長狹縫寬度=5nm0
[0030]5、類腐殖質(zhì)峰的確定:在濾液的三維熒光光譜圖中，尋找Em>380nm范圍內(nèi)的熒光峰，選擇其中的一個熒光峰為色譜掃描峰，確定其Ex/Em。
[0031 ] 若Em>380nm范圍內(nèi)存在多個熒光峰，選擇其中的一個確定其位置Ex/Em。
[0032]若不同樣品同一類焚光峰位置不一致，可以在[Ex?(Ex ± 1nm) ] / [Em?(Em±10nm)]范圍內(nèi)任選一個位置不落在一次瑞利散射和二次瑞利散射上的激發(fā)/發(fā)射波長 Ex1ZEm1 代替 Ex/Em0
[0033]6、色譜圖的掃描:采用高效體積排阻色譜對調(diào)整DOC后的濾液樣品進行色譜分離，檢測其Ex/Em處的熒光強度，獲得類腐殖質(zhì)物質(zhì)熒光強度隨時間序列的色譜圖，將樣品的色譜數(shù)據(jù)導出后，按順序存放在同一個CSV格式的文件里。
[0034]7、二維異質(zhì)相關光譜分析:將所有紅外光譜數(shù)據(jù)和色譜數(shù)據(jù)進行均一化處理，使其值在O?I之間，隨后對均一化后的紅外數(shù)據(jù)和色譜數(shù)據(jù)進行二維異質(zhì)相關光譜分析，得二維異質(zhì)相關光譜的同步圖。
[0035]8、不同分子量類腐殖質(zhì)物質(zhì)官能團的確定:在二維異質(zhì)相關光譜的同步圖上，某一色譜時間與某一波段紅外光譜吸收值正相關，即表示這一時間出峰的有機物含有這一波段紅外光譜對應的官能團。
[0036]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[0037]請參閱圖1，是本發(fā)明的流程示意圖。
[0038]實施例1
[0039]有機物提取:采集不同堆肥階段樣品5個，分別編號為S1、S2、S3、S4、S5，加入超純水，浸提、震蕩后16小時后將上清液離心并過0.45μπι孔徑的濾膜，收集濾液，一部分4°C保存，一部分冷凍干燥成固體粉末。
[0040]紅外光譜掃描:將上述5個固體粉末樣品分別與光譜純KBr混合均勻后壓片，掃描其4000-400(31^1范圍內(nèi)的紅外光譜，隨后將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為吸收光譜模式，以csv數(shù)據(jù)格式將5個樣品以S1-S5的順序保存在一個文件里。
[0041]調(diào)整濾液濃度:采用超純水調(diào)整5個堆肥樣品的DOC濃度，使其DOC = 5mg Γ1,備用。
[0042]濾液的三維熒光光譜掃描:將上述5個調(diào)整DOC = 5mg L—1的樣品進行三維熒光光譜掃描，掃描時激發(fā)波長Ex = 200-400nm，發(fā)射波長Em = 280-500nm，激發(fā)和發(fā)射波長狹縫寬度為5nm。
[0043]類腐殖質(zhì)峰的確定:在濾液的三維熒光光譜圖中，尋找Em>380nm范圍內(nèi)的熒光峰，發(fā)現(xiàn)每個樣品均存在兩個類腐殖質(zhì)熒光峰，選擇激發(fā)/發(fā)射波長為230nm/430nm處的熒光峰為色譜掃描峰，確定Ex/Em = 230nm/430nm。
[0044]色譜圖的掃描:采用高效體積排阻色譜對DOC = 5mg L—1的5個堆肥浸提液樣品進行色譜分離，檢測其Ex/Em = 230nm/430nm處的熒光強度，獲得類腐殖質(zhì)物質(zhì)熒光強度隨時間序列的色譜圖(請參閱圖2)，將5個樣品的色譜數(shù)據(jù)導出后，以S1-S5的順序存放在同一個csv格式的文件里。
[0045]二維異質(zhì)相關光譜分析:將所有紅外光譜數(shù)據(jù)和色譜數(shù)據(jù)進行均一化處理，使其值在O?I之間，隨后對均一化后的紅外數(shù)據(jù)和色譜數(shù)據(jù)進行二維異質(zhì)相關光譜分析，得二維異質(zhì)相關光譜的同步圖。
[0046]不同分子量類腐殖質(zhì)物質(zhì)官能團的確定:如圖2所示，類腐殖質(zhì)物質(zhì)的色譜圖在
5.65min和6.7min兩個時間出現(xiàn)了最大焚光峰，高效體積排阻色譜中先出峰的為大分子有機物，后出峰的為小分子有機物，因此，5.65min的色譜峰為大分子有機物，而6.7min的為小分子有機物。如圖3顯示，二維異質(zhì)相關光譜的同步圖上5.3-6.3min時間段出峰的類腐殖質(zhì)物質(zhì)，與紅外光譜 3647-3045CHT1 (O-H) ,2960cm-1 (脂類 C-H)、1701-1589CHT1 (C = C、羧酸 C = O) U519-1323HT1 (苯環(huán) C = C)、1182-1085ΠΓ1 (多糖 C-0) '707-524ΠΓ1 (蛋白質(zhì) C-N、N-H)范圍內(nèi)的紅外吸收光譜正相關(呈白色部分)，表明堆肥浸提液中大分子量的腐殖質(zhì)物質(zhì)含有C-H、C = C、C = 0、苯環(huán)、C-0、C-H及N-H官能團。
【權利要求】
1.一種分析不同分子量類腐殖質(zhì)官能團組成的方法，其主要步驟為: A)有機廢棄物樣品加水，浸提、震蕩后將上清液離心并經(jīng)膜過濾，收集濾液，一部分于4°C保存，一部分冷凍干燥成固體粉末； B)將固體粉末與KBr混合均勻后壓片，掃描其4000-400(31^1范圍內(nèi)的紅外光譜圖，將其圖譜數(shù)據(jù)導出并以CSV格式保存； C)用水調(diào)整4°C保存的濾液的DOC濃度為ImgL^kDOKlOmg L—1，并測定調(diào)整DOC后濾液的三維熒光光譜圖，掃描范圍為激發(fā)波長Ex = 200-400nm，發(fā)射波長Em = 280_500nm，在三維熒光光譜圖中尋找Em>380nm范圍內(nèi)的熒光峰，確定其位置Ex/Em ； D)采用高效體積排阻色譜對調(diào)整DOC后的濾液進行色譜分離，測定不同分離時間激發(fā)/發(fā)射波長=Ex/Em處的熒光強度，獲得類腐殖質(zhì)物質(zhì)熒光強度隨時間序列的色譜圖，出峰時間早的為大分子有機物，而出峰時間晚的為小分子有機物，將色譜數(shù)據(jù)導出并以CSV格式保存； E)對粉末的紅外圖譜數(shù)據(jù)和濾液的色譜圖數(shù)據(jù)進行二維異質(zhì)相關光譜分析，得二維異質(zhì)相關光譜的同步圖，在二維異質(zhì)相關光譜的同步圖上，某一色譜時間與某一波段紅外光譜吸收值正相關，即表示這一時間出峰的有機物含有這一波段紅外光譜對應的官能團。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟A的有機廢棄物樣品數(shù)量不少于5個。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟A有機廢棄物樣品是生活垃圾及其堆肥或填埋處理樣品、畜禽糞便及其堆肥樣品、污泥及其堆肥樣品。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟A的震蕩時間為8?24小時。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟A膜過濾所用的膜孔徑為0.22μπι或0.45 μ m0
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，若步驟C中Em>380nm范圍內(nèi)存在多個熒光峰，選擇其中的一個確定其位置Ex/Em。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，若步驟C中不同樣品同一類熒光峰位置不一致，可以在[Ex?(Ex± 1nm) ]/[Em?(Em±10nm)]范圍內(nèi)任選一個位置不落在一次瑞利散射和二次瑞利散射上的激發(fā)/發(fā)射波長Ex1ZEm1代替Ex/Em。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，步驟E進行二維異質(zhì)相關光譜分析前需要將色譜數(shù)據(jù)和紅外光譜數(shù)據(jù)進行歸一化處理，使所有數(shù)據(jù)大小在O?I之間。
【文檔編號】G01N30/88GK104458997SQ201410804532
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權日:2014年12月19日
【發(fā)明者】何小松, 席北斗, 高如泰, 李丹, 趙昕宇, 袁英, 余紅 申請人:中國環(huán)境科學研究院