CN103822886A - 生物腐植酸的分析检测及其碳系数的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物腐殖酸类物质的检测分析方法，包括对样品进行定性分析，确定样品为生物腐植酸类物质后，然后分别定量检测产品有机质、生物腐殖酸、生物黄腐酸含量，根据有机质、生物腐植酸及生物黄腐酸含量，将生物腐殖酸类物质分级。本发明还涉及一种生物腐殖酸产品的碳系数的测定方法，包括生物腐植酸样品预处理，生物腐植酸样品纯化和生物腐植酸碳含量测定，计算生物腐植酸样品的碳系数：Rc=WC/WHA；其中，WC—腐植酸试样的%碳含量，WHA—腐植酸试样的%腐植酸含量。本发明通过提供上述方法解决了目前有关生物腐植酸类物质没有统一技术标准、检测方法、生物活性评价等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种对生物腐植酸的分析检测方法，以及生物腐植酸的碳系数测定方法。
背景技术
人们对腐植酸（HA）的认识已有多年历史，通常开发利用的腐植酸资源都是指泥炭（草炭）、褐煤、风化煤等，这类腐植酸资源称为煤腐植酸资源。煤腐植酸（MHA）是植物残体经大自然和微生物的腐烂分解或缩合，再经若干地质年代成煤演化而成的原生腐植酸（即泥炭、褐煤 HA）和再生腐植酸（即风化煤 HA）。 MHA贮量很大，但分布很不均恒，生物活性较差。因此，必须寻找新的HA资源和新的HA物质，借以替代MHA，以加快和提高HA在农牧业和其它领域中应用的速度和效果。
二十世纪八十年代末，人们用生物质发酵制取腐植酸，作为一种有价值的新资源开发技术。近年来国内外对发酵法生产腐植酸的研究日趋重视。发酵法生产腐植酸是模拟天然腐植酸的生成过程，将特定的微生物接种到培养基中，通过微生物发酵而制取腐植酸的过程（曾宪成，成绍鑫，“腐植酸的主要类别”，《腐植酸》，2002( 2) : 4-6）。目前利用非煤资源，采取生物或化学方式，都可将植物残体或农副产品下脚料等有机物，部份转化成类似腐植酸或黄腐酸的物质。以生物技术从植物源（或生物质）中制取的类似矿源腐植酸的物质，除含腐植酸外，还含有多种氨基酸、核酸、有机酸及其它类似腐植酸功能的物质，统称生物腐殖酸类物质，也称生化腐植酸或类似。我国已有多家研究单位和企业研究并生产生物腐殖酸类物质或产品，经推广应用结果表明，生物腐植酸在改良土壤、增强土壤生物活性、刺激作物生长、改善农产品质量、提高养分利用率、节省化肥等方面效果显著。
中国发明专利CN101941851A提供了一种采用餐厨废弃物制备生化腐植酸的方法及其制备的生化腐植酸产品。餐厨废弃物经本发明的技术方案处理后有机质转化率高，可达到90％以上。同时，制备得到的生化腐植酸营养丰富，总腐植酸、游离腐植酸和水溶性腐植酸含量分别达到38-42％、35-40％和14-16％；不仅含有氮磷钾等大量元素，还含有锌、铁、锰等多种微量元素和活性物质。特别适合用于农业生产中的肥料。
餐厨废弃物是指来源于饭店、餐厅、食堂等的下脚料及剩菜剩饭，其组成包括粮食（米和面粉类）、水果蔬菜、动植物油脂、肉类、水产品、蛋类、肉骨、鱼刺等加工食品制品及其残余。我国餐厨废弃物的来源主要分为三类：一是家庭餐厨废弃物，2009年住建部将这部分废弃物划归到厨余废弃物中。二是餐馆、饭店、宾馆、国家政府机关、企事业单位的员工食堂，也是餐厨废弃物的一个重要源头。三是高校食堂餐厨废弃物。清华大学环境系的一项统计数据表明，我国城市每年产生餐厨废弃物不低于6000万吨。北京日产餐厨废弃物达到1200吨左右。我国餐厨废弃物产生量大、油分和水分多、含盐量高、成分复杂，处理不当会引发“地沟油”、“泔水猪”等食品安全问题，造成资源浪费，影响生态环境。利用餐厨废弃物为原料高温好氧发酵生产的生物腐植酸，采用“大循环、全利用”方式，应用自主研发的生产工艺和设备，与产品工业化体系对接，不仅对环境没有废渣、废液等二次污染，同时得到高附加值的生物腐殖酸产品，获得农业部颁发的以餐厨废弃物为原料制成土壤调理剂的肥料登记证。开发生产出生物肥料和高碳肥料系列产品，应用于绿色有机农业，向土壤补充碳源，快速提升土壤有机质，改良土壤，在不减少产量的同时减少化肥使用。减少农业面源污染，保障食品安全，同时带来农业二氧化碳减排。通过该技术将城市中的有机废弃物转化为农田需要的有机质，拉通城乡碳资源循环。
目前，我国虽然处于发展和开发生物（化）腐植酸( Biotechnology humic acid，BHA)资源的热潮中，但对其缺乏严格的科学分析。BHA还处于开发应用的初级阶段，因生产原料、工艺、菌剂等不同使不同来源的BHA 差异较大，还未形成统一的分离提取和理化分析方法。生物腐植酸类物质因菌种、发酵工艺配方不同，其产品的成分和功能也不同，所含的腐植酸的种类和比例也不同，因此很多产品不能达到较好的产品质量和使用效果。由于生物腐植酸没有统一的分析方法和质量标准，在一定程度上阻碍了的发展。有关生物腐植酸的技术标准、检测方法、生物活性评价等，都有待进一步探讨和规范。
目前生物腐植酸检测还主要是依据GB/T11957-2001煤中腐植酸产率的检测方法，该检测方法中确定了不同来源煤炭腐植酸的含碳比，即碳系数，如褐煤为0.58，风化煤为0.64，泥炭为0.51。目前，通过生物发酵方法制得的生物腐植酸，对其碳系数还没有研究报道和相关方法标准，碳系数的准确与否直接影响到能否对生物腐殖酸产品作出客观、准确的评价，产品检测结果的准确性，产品的市场价值和生物腐植酸行业的发展，因此碳系数的确定具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对生物腐殖酸类物质的检测分析方法，用于评价生物腐植酸的等级与质量标准，本发明另一个目的是提供一种生物腐殖酸产品的碳系数的测定方法，以便解决目前有关生物腐植酸类物质没有统一技术标准、检测方法、生物活性评价等缺陷。
因此，本发明提供一种生物腐殖酸类物质的检测分析方法，该分析方法包括对样品进行定性分析，确定样品为生物腐植酸类物质后，然后分别定量检测产品有机质、生物腐殖酸、及生物黄腐酸含量，根据有机质、生物腐植酸及生物黄腐酸含量，将生物腐殖酸类物质分成不同等级，其中：
A级：有机质≥85%，生物腐植酸≥75%，生物黄腐酸≥25%，
B级：有机质≥75%，生物腐植酸≥45%，生物黄腐酸≥18%，
C级：有机质≥60%，生物腐植酸≥30%，生物黄腐酸≥10%，
腐殖酸按其传统的组分分级，通常包括三部分：腐殖酸，是以碱直接抽出的部分；棕腐酸，可溶于丙酮、乙醇溶剂的部分；可溶于水及用稀酸从泥煤中洗下的部分称为黄腐酸（或富里酸），三者之和称总腐植酸，其中溶于水的部分即为水溶性腐殖酸（参见“腐植酸分析方法的研讨”，《江西腐殖酸》, 杨达明,1984年,第2期,P65）。
大量研究表明（成绍鑫，“生化黄腐酸与其他来源黄腐酸组成性质的初步比较”，《第七届全国绿色环保肥料（农药）新技术、新产品交流会论文集》，2008-11-04；何立千，《生物技术黄腐酸的研究和应用》，北京，化学工业出版社，1999:4-78；张常书，张江川，“黄腐酸及生化黄腐酸的界定和检测探讨”，《第六届全国绿色环保肥料新技术、新产品交流会论文》集，2006-12-01），生物腐植酸是一种含有羟基、甲氧基、氨基、羰基、羧基等活性官能团的、低芳香度且水溶性良好的复杂混合物，其化学组成结构和生成历程不同于煤炭腐植酸，而与某些堆肥腐植酸 、土壤腐植酸属同一个类型。
因此，本发明的生物腐殖酸类物质检测分析方法中，对样品进行结构和官能团等定性分析，确定样品为生物腐植酸类物质的优选方式包括红外光谱图和紫外光谱图分析。
红外光谱图和紫外光谱图的分析方法可以参见：何立千，“生物技术黄腐酸（BFA）的界定”，《腐植酸》，1999（2）：6-10。
红外光谱和紫外光谱可用于对腐植酸中结构和官能团的定性分析。腐植酸类物质具有芳香族和脂肪族结构，紫外吸收光谱在210n m 附近有一个来自芳香结构的吸收峰。
腐植酸的红外图谱有几个明显的特征峰，如3400cm-1 附近的吸收是氢键结合的醇羟基的贡献,还有酚羟基和 N-H 的贡献；1600-1700cm-1 的吸收峰, 主要由芳香结构的共扼双键C=C , 羧基中的C=O , COO-的伸缩振动所提供；1400cm-1 的峰归属于羧酸根离子；1100cm-1 的吸收主要是氢键结合的羧基引起的, 还有脂肪醇的振动的贡献。详见下表：
表1.1、腐植酸及其衍生物主要红外光谱吸收峰
其中，具有紫外和红外吸收光谱腐植酸的主要特征吸收光谱的样品可以认定为腐植酸类物质，这些主要的特征吸收光谱包括紫外吸收光谱在210n m 附近的吸收峰；红外图谱3400cm-1 附近的吸收峰，1600-1700cm-1 的吸收峰 ，1400cm-1 的吸收峰和1100cm-1 的吸收峰。
本发明的生物腐殖酸类物质检测分析方法中，其中所述各成分的含量测定可以参照现有技术中已有的方法进行，将现有技术中关于腐植酸或黄腐酸的检测方法应用于生物腐植酸和生物黄腐酸的检测中。例如：
生物腐植酸的含量测定：参照GB/T11957-2001“煤中腐植酸产率的测定方法”；
生物黄腐酸含量测定：参照李善祥编著的《腐植酸产品分析及标准》P49-51，“黄腐酸含量的测定”（容量法），化学工业出版社2007.9；
有机质的测定：参照NY525-2002，中华人民共和国农业有机肥料行业标准；
本发明还提供一种生物腐殖酸产品的碳系数的测定方法，包括如下步骤：
（1）生物腐植酸样品纯化：
取生物腐植酸样品，干燥、粉碎，使其粒度小于0.2mm；
称取生物腐植酸样品，加入每克样品10-40 m L的浓度为0.1-1M的碱液（即，样品与碱液的固液比为1:10-1:40)，置于60-100℃（提取温度）水浴上加热提取1-2h（提取时间），冷却到室温，离心，收集溶液，在碱提取液中加入HCl溶液，在pH 1-3下静置酸沉，使腐植酸沉淀，离心悬浊液，将沉淀的残渣过滤，用水洗涤残渣至pH不再变化，将残渣干燥，干燥后的样品即为测试用的纯化生物腐植酸碳样品；
（2）生物腐植酸样品碳系数测定：
测定纯化的生物腐植酸样品中的碳含量和腐植酸含量，计算生物腐植酸样品的碳系数：Rc=WC/WHA；其中，Rc—腐植酸样品的碳系数，W C —腐植酸样品的%碳含量，W H A —腐植酸样品的%腐植酸含量。
本发明的碳系数的测定方法中，纯化生物腐植酸样品中的碳含量和腐植酸含量可以参照现有技术中已有的方法进行，例如，用碳氢分析仪测定纯化生物腐植酸样品中的碳含量。
上述碳系数需要根据所需测定的原料进行实际测定， 碳系数的准确与否直接影响到产品检测结果的准确性和产品的市场价值。确定生物腐殖酸的碳含量，首先要求获得纯度98%以上（即灰分含量小于2%，灰分检测方法采用NY/T303-1995）的纯生物腐殖酸样品。由于得到的是纯的生物腐植酸样品，因此纯化生物腐植酸样品中腐植酸含量可以按下式计算：WHA = 100%-WA，其中WHA—腐植酸样品的%腐植酸含量，WA—腐植酸样品的%灰分含量) 。
参考国际标准ISO5073：第二版1999(E)-12-01附录A(规范性附录)“褐煤及柴煤腐植酸含碳比的测定”，采用碱溶酸析方法对生物腐殖酸产品进行纯化，对提取时间、提取温度、固液比、提取试剂、酸沉淀pH等进行单因素多水平的研究，确定适合于所需生物腐殖酸类物质的最佳纯化条件，采用微机碳氢分析仪（KS-1型）测定出纯化生物腐殖酸样品的碳含量，测定的纯腐植酸的碳含量（折算为无水无灰基），经计算就得到碳系数。
具体实施方式
本发明将对以餐厨废弃物生产的生物腐植酸类物质为代表，说明生物腐殖酸类物质的检测分析方法和碳系数的测定方法，需要说明的是，本发明的方法可以同样适用于其他类型的生物腐植酸类物质。
实施例1
对采用CN101941851A方法，在不同地区制备的餐厨废弃物生物腐植酸的产品（以下称BGB生物腐植酸样品）进行检测分析。
测定材料
（1）北京、成都-1(双流)、成都-2(新津)、无锡和南京等地餐厨垃圾发酵的BGB生物腐植酸样品；
（2）北京高安屯厂春（4月）、夏（8月）、秋（10月）、冬（12月）四季的BGB生物腐殖酸样品；
（3）北京高安屯厂、北京稻香湖站、北京湘鄂情站生产的BGB生物腐植酸样品。
三个场站处理的餐厨废弃物来源不同，高安屯厂处理的主要来自朝阳区和西城区的餐厨废弃物原料，北京稻香湖站的餐厨废弃物原料来自稻香湖景区周边的多个酒店，而北京湘鄂情站即时处理湘鄂情酒店产生的餐厨废弃物原料。
测定方法
（1）、对样品进行定性分析，确定样品为生物腐植酸类物质。
采用红外光谱图和紫外光谱图分析。具体操作参见何立千，“生物技术黄腐酸（BFA）的界定”，《腐植酸》，1999（2）：P6-10。
紫外吸收光谱: 样品溶在O.05 M 的碳酸氢钠溶液中, 配成4 m g/ k g 浓度的溶液,在紫外分光光度计上测定, 测定范围为200nm一350nm 。红外吸收光谱:样品用KBr压成片后在红外分光光度计上作红外光谱测定。
参照表1.1，具有紫外和红外吸收光谱腐植酸特征吸收光谱的样品可以认定为腐植酸类物质，主要特征吸收光谱包括紫外吸收光谱在210n m 附近的吸收峰；红外图谱3400cm-1 附近的吸收峰，1600-1700cm-1 的吸收峰 ，1400cm-1 的吸收峰和1100cm-1 的吸收峰。
（2）、分别定量检测产品有机质、生物腐殖酸、生物黄腐酸的含量，为进一步定量检测，还可测定其钠及重金属含量，根据有机质、生物腐植酸及生物黄腐酸含量，将生物腐殖酸类物质分成不同等级。
（2.1）生物腐植酸含量检测参照GB/T11957-2001“煤中腐植酸产率的测定方法”（容量法），根据生物腐植酸理化特性，步骤如下：
（2.1.1）称取粒度小于0.2mm的生物腐殖酸样品0.2g（称准到0.0002g）于250ml三角瓶中，加入0.35M氢氧化钠碱抽提液100ml，摇动使样品润湿，在三角瓶口盖一小漏斗，置于（100±1）℃的水浴中（温度达不到时，加适量甘油调节），加热抽提2h，每隔30min摇动一次，使样品全部沉下。
（2.1.2）取出三角瓶，冷却到室温，将抽提液及残渣全部转入200ml容量瓶中，用蒸馏水稀释到刻度，摇匀。用中速定性滤纸干过滤，弃去最初的约10ml溶液，随后滤出50~100ml滤液，供测定用。
（2.1.3）准确吸取滤液5ml于250ml三角瓶中，用移液管准确加入5ml 0.4mol/L重铬酸钾溶液和15ml浓硫酸，于（100±1）℃水浴中加热氧化30min，取下冷到室温，用蒸馏水稀释到100ml左右，冷却后加3滴邻菲罗啉指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴至砖红色。另外准确吸取2份0.4mol/L重铬酸钾，每份5ml，各加5ml焦磷酸钠碱抽提液和15ml浓硫酸，按本条的规定氧化和滴定，测定空白值。
（2.1.4）结果计算
测定结果按式（2）计算：
其中：HAad——生物腐殖酸样品中的腐植酸含量，%
V1——滴定试液所消耗的标准硫酸亚铁铵溶液的体积，ml；
V0——滴定空白所消耗的标准硫酸亚铁铵溶液的体积，ml；
C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；
3——碳的摩尔质量，g/mol；
Rc——腐植酸的含碳比：餐厨废弃物生物腐殖酸为0.43(见实施例2)；
a——碱抽提液的总体积，mL；
b——测定时所取试液的体积，mL；
m——生物腐殖酸样品质量，g。
结果按数字修约规则修约到小数后一位报出。
（2.2）生物黄腐酸（BFA）含量按照黄腐酸的定义用重铬酸钾氧化法（容量法）进行检测,参照李善祥编著的《腐植酸产品分析及标准》P49-51，“黄腐酸含量的测定”（容量法），化学工业出版社2007年9月；
（2.3）有机质的测定：参照NY525-2002，中华人民共和国农业有机肥料行业标准；
（2.4）钠含量的检测：参照NY/T 1972-2010 水溶肥料 钠、硒、硅含量的测定，中华人民共和国农业行业标准；
（2.5）重金属含量测定：按国家标准GB/T 23349-2009 肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标的规定进行。
结果分析及讨论
1、紫外和红外光谱分析：
红外光谱表明：样品中含有羟基、羰基、酚羟基、脂肪链、取代芳环、硫醇基官能团以及氧桥键。推测可能含有氨基酸、碳水化合物、脂肪化合物、单环芳烃、以及可能还有杂环化合物和多环芳烃。该样品与生物黄腐酸和煤炭黄腐酸在结构上有一定的相似性。
紫外光谱在210nm存在明显吸收峰。
其红外光谱图和紫外光谱图分析显示，餐厨废弃物生产的生物腐殖酸具有紫外和红外吸收光谱腐植酸的主要特征吸收谱带，因此可以认定为腐植酸类物质。
2、样品检测结果：
表1.2、以餐厨废弃物（辅料玉米皮）为原料生产的生物腐植酸样品检测结果*
*至少三次检测结果的平均值
表1.3、以餐厨废弃物（辅料稻壳）为原料生产的生物腐植酸样品检测结果*
*至少三次检测结果的平均值
表1.4、以厨余废弃物为原料生产的生物腐植酸样品检测结果*
*至少三次检测结果的平均值
3、通过含量测定，上述所有餐厨废弃物生产的生物腐殖酸样品均符合下面要求：钠≤0.6%，重金属（砷As、汞Hg、铅Pb、铬Cr、镉Cd）总含量≤20 mg/kg，说明长期施用这种生物腐殖酸肥料，不会对土壤造成盐碱化危害，而且由于其重金属含量只占农业部有机肥料新标准NY525-2012中重金属含量的1%，对由于施肥造成的土壤重金属累积有缓解作用。
4、餐厨废弃物与不同的辅料发酵生产的生物腐殖酸，根据有机质、腐植酸和黄腐酸含量分成不同等级，其中：
A级：有机质≥85%，生物腐植酸≥75%，生物黄腐酸≥25%，
B级：有机质≥75%，生物腐植酸≥45%，生物黄腐酸≥18%，
C级：有机质≥60%，生物腐植酸≥30%，生物黄腐酸≥10%，
5、餐厨废弃物生产的生物腐殖酸可以作为肥料直接销售，也可以制成复合肥或复混肥，或提取其中生物黄腐酸成分，制成叶面肥、水溶肥料等，具有广阔的应用前景。
实施例2
对采用CN101941851A方法，在不同地区制备的餐厨废弃物生物腐植酸的产品（以下称BGB生物腐植酸样品）进行碳系数测定。
测定材料
（1）北京、成都双流、成都新津、无锡和南京等地餐厨垃圾发酵的BGB生物腐植酸样品；
（2）北京高安屯厂春（4月）、夏（8月）、秋（10月）、冬（12月）四季的BGB生物腐殖酸样品；
（3）北京高安屯厂、北京稻香湖站、北京湘鄂情站生产的BGB生物腐植酸样品。
三个场站处理的餐厨废弃物来源不同，高安屯厂处理的主要来自朝阳区和西城区的餐厨废弃物原料，北京稻香湖站的餐厨废弃物原料来自稻香湖景区周边的多个酒店，而北京湘鄂情站即时处理湘鄂情酒店产生的餐厨废弃物原料。
将生物腐植酸样品干燥、粉碎（粒度小于0.2mm）。
测定方法
（1）生物腐植酸碱溶酸析法最佳提纯条件测定：
称取约10 g 左右的生物腐植酸样品到锥形瓶中。移取适量碱液（NaOH 或 Na4P2O7)到每一个锥形瓶中，相当于每克样品10-40 m L(即，样品与碱液的固液比为1:10-1:40) ，混合摇动至样品充分润湿，在瓶口放一个小漏斗，置至60-100℃(提取温度)水浴上加热1-2h（提取时间）。间断摇动锥形瓶，使不溶物充分沉下。取下锥形瓶，冷却到室温，将锥形瓶内的物料离心5 min。收集溶液到烧杯内。在生物腐植酸的碱提取液中加入50％HCl溶液,在pH 1-3下静置2h酸沉，使生物腐植酸沉淀。离心悬浊液，将沉淀的残渣转移到滤纸上过滤，用水洗涤残渣至pH不再变化。将残渣转移到清洁的烧杯或别的器皿中，减压干燥，干燥后的样品即为样品的纯化腐植酸样品。
（1.1）确定不同的碱溶试剂及浓度对提纯腐植酸灰分含量的影响。NaOH提取试剂浓度（0.1M、0.2M、0.3M、0.35M和1M）和Na4P2O7+NaOH浓度为（1.5%+0.7%）。
（1.2）确定不同的酸沉pH(pH1、pH2、pH3)对提纯腐植酸纯度的影响。
（1.3）确定不同的提取固液比（1:10、1:20和1:40）对提纯腐植酸纯度的影响。
（1.4）确定不同的提取温度（60℃、70℃、80℃和100℃）(碱试剂ml/样品g)对提纯腐植酸纯度的影响。
（1.5）确定不同的提取时间（60min、90min和120min）对提纯腐植酸纯度的影响。
（1.6）通过方差分析比较1.1～1.5条件下提纯的生物腐植酸样品中腐植酸含量和灰分含量确定其最佳提纯条件：
其中腐植酸含量测定采用GB/T11957-2001“煤中腐植酸产率的测定方法”重量法；要求生物腐植酸含量在98%以上；
灰分含量测定包括：称取1 g 腐植酸样品(准确到0.2 mg)到清洁干燥的灰皿中，按照有机肥料粗灰分的测定NY/T303-1995 的方法测定其灰分。
每个不同地域的样品设定2个重复，方差分析时将同一条件的10个数据作为一组进行分析。
（2）碳系数测定：
C系数=碳含量%/腐植酸含量%
按照最佳纯化条件，对生物腐殖酸样品进行纯化，减压干燥，得到腐植酸样品。
用碳氢微机分析仪测定纯化的生物腐殖酸样品的碳含量。
按照农业部行业标准NY/T303-1995有机肥料粗灰分的测定方法测定灰分。
纯化生物腐植酸样品中腐植酸含量按下式计算：
WHA = 100%-WA
式中，WHA—样品的%腐植酸含量，
WA—样品的%灰分含量。
纯化生物腐植酸样品纯度要求≥98%，才能用于碳含量的测定。测定纯腐植酸的碳含量（折算为无水无灰基），就得到碳系数。按下式计算：
RC=WC/WHA
式中，Rc—样品的腐植酸碳系数，
Wc—样品的%碳含量，
WHA—样品的%腐植酸含量。
结果分析
（1）生物腐植酸提取纯化最佳条件：
实验所用的5个不同地域的生物腐殖酸都是以餐厨垃圾为原料，经过生物发酵制成。所提纯的生物腐植酸纯度高、重复性好，对于这类生物腐植酸最佳提纯条件为：试剂NaOH、浓度0.35M、酸沉pH=1、固液比1:20、提取温度80℃、提取时间120min。详细结果如下：
（1.1）不同试剂提纯的生物腐植酸结果
表1不同提取试剂灰分含量
注：北京：高安屯生物腐植酸样品；成都-1：双流样品；成都-2：新津样品。
表2不同提取试剂方差分析结果
均值差的显著水平为0.05，数值为均值差。*.代表差异显著。
不同提取试剂得到的纯化生物腐殖酸样品腐植酸含量均在98%以上，通过表1和表2可以看出用NaOH提取的生物腐植酸灰分的含量低于用Na4P2O7。方差分析表明两种试剂在0.05水平差异显著，因此NaOH为最佳试剂。
（1.2）不同浓度NaOH提纯的生物腐植酸结果
表3不同NaOH浓度灰分含量
表4不同提取试剂浓度方差分析结果
均值差的显著水平为0.05，数值为均值差。*.代表差异显著。
不同提取浓度得到的纯化生物腐殖酸样品腐植酸含量均在98%以上。表3和表4表明不同浓度的氢氧化钠提纯的生物腐植酸灰分含量不同，0.1M和0.2M的NaOH提取的生物腐植酸灰分含量较大，对样品纯度较高的0.3M、0.35M和1M进行方差分析表明，0.3M和0.35M、1M在0.05水平差异显著，而0.35M和1M差异不显著。对北京样品用0.4M、0.45M和0.5MNaOH进行提取，并测定其灰分，结果表明当NaOH浓度≥0.35M时，纯度基本相同。因此提纯生物腐植酸的最佳碱浓度为0.35M的NaOH。
（1.3）不同酸沉pH提纯的生物腐植酸结果
表5不同的酸沉pH灰分含量
表6不同酸沉pH方差分析结果
均值差的显著水平为0.05，数值为均值差。*.代表差异显著。
不同沉淀pH得到的纯化生物腐殖酸样品腐植酸含量均在98%以上。表5和表6表明在酸沉pH1～3的情况下提纯的生物腐植酸灰分含量都低于0.5%，单方差分析表明在0.05水平pH1和pH3差异显著，而pH2和pH3差异不显著，pH1和pH2差异不显著，表7比较了北京高安屯样品pH0.5和pH1酸沉淀的情况，发现pH0.5 时生物腐殖酸纯度反而略有下降，所以最佳酸沉pH值为1。
表7 BJ样品酸沉工艺优化灰分含量结果
| 条件 | 0.3MNaOH | 0.35MNaOH | 0.4MNaOH | 0.45MNaOH | 0.5MNaOH |
| pH0.5 | 0.26 | 0.17 | 0.18 | 0.13 | 0.44 |
| pH1 | 0.32 | 0.03 | 0.13 | 0.068 | 0.26 |
（1.4）不同固液比提纯的生物腐植酸的结果
表8不同的提纯固液比灰分含量
表9不同提纯固液比方差分析结果
均值差的显著水平为0.05，数值为均值差。*.代表差异显著。
固液比≥1:20时，得到的纯化生物腐殖酸样品腐植酸含量均在98%以上。从表8和表9可以看出，提纯的腐植酸灰分含量低于0.5%。方差分析表明固液比1：20和1：10在0.05水平差异显著，而1：10和1：40 ，1:20和1：40之间差异不显著，因此最佳固液比为1:20。
（1.5）不同温度提纯的生物腐植酸的结果
表10不同提纯温度灰分含量
表11不同提纯温度方差分析结果
均值差的显著水平为0.05，数值为均值差。*.代表差异显著。
提取温度低于80℃时，某些纯化样品的腐植酸含量低于 98%，从表10和表11可以看出当温度低于80℃，这些样品的生物腐植酸灰分含量高于0.5%，方差分析结果表明在0.05水平80℃和100℃差异不显著，因此最佳提纯温度为80℃～100℃。
（1.6）不同时间提纯的生物腐植酸的结果
表12不同提纯时间灰分含量
表13不同提纯时间方差分析结果
均值差的显著水平为0.05，数值为均值差。*.代表差异显著。
从表12和表13可以看出,对3个时间梯度进行方差分析结果表明，在0.05水平，120min和60min、90min差异显著，而60min和90min差异不显著，因此最佳提纯时间为120min。
（7）碳系数测定结果
表14 0.35M NaOH提纯的生物腐植酸碳系数测定结果
表中含碳比为3个重复的差值在±0.36之间，因此其重复性较好，并且同时对标准样品进行了检测，其结果与提供数值一致，表明测定数值是准确的。餐厨废弃物生产的生物腐殖酸的碳系数为0.43。
结果讨论
（1）通过对不同提取试剂NaOH和NaOH+Na4P2O7在同样的酸沉pH、提取时间和温度、固液比条件下提取的腐植酸灰分含量进行测定表明，用NaOH提纯的生物腐植酸灰分含量低于NaOH+Na4P2O7，方差分析表明在0.05水平其灰分含量差异显著，因此在本实验条件下，NaOH是提纯生物腐植酸的最佳试剂。
（2）通过对不同浓度的NaOH(0.1M、0.2M、0.3M、0.35M和1M)在同样的酸沉pH、提取时间和温度、固液比条件下提取的腐植酸灰分含量研究表明，当NaOH浓度低于0.3M时，提纯的生物腐植酸含量低于98%，灰分含量高于0.5%，不符合进行碳系数的测定的前提条件，对0.3M、0.35M和1M的NaOH提纯的生物腐植酸灰分含量进行的方差分析表明，在0.05水平，0.35M和1M提纯的灰分含量与0.3M差异显著，而0.35M和1M差异不显著。因此其最佳提纯碱浓度需0.35M。
（3）通过对不同酸沉pH(pH1、pH2和pH3)在相同的提取试剂、碱溶液浓度、提纯时间和温度以及固液比情况下提纯的腐植酸含量和灰分含量研究表明，在pH1～3条件下提纯的生物腐植酸含量大于98%，灰分含量低于0.5%，但对其进行方差分析表明，在0.05水平pH1与pH3差异显著，而pH1和pH3,pH2和pH3差异不显著，因此确定pH1为最佳酸沉pH。
（4）通过对相同的提取试剂、碱溶浓度、酸沉pH、提纯时间和温度条件下、不同的固液比（1:10、1:20和1:40）提纯的生物腐植酸含量和灰分含量研究表明，当固液比低于1:10时，提纯的腐植酸含量低于98%，灰分含量高于0.5%，不符合碳系数测定的前提条件。对3个梯度的固液比提纯的腐植酸灰分含量进行方差分析表明，在0.05水平固液比1:20和1:10差异显著，而1：20和1：40、1：10和1：40差异不显著因此最佳固液比需1:20。
（5）通过对相同的提取试剂、碱溶浓度、酸沉pH、提纯时间和固液比条件下、不同的提纯温度(60℃、70℃、80℃和100℃)提纯的腐植酸灰分含量研究表明，当温度低于80℃时，其灰分含量高于0.5%，方差分析表明，在0.05水平80℃和100℃差异不显著，因此最佳提纯温度为80℃～100℃。
（6）通过对相同的提取试剂、碱溶浓度、酸沉pH、提纯温度和固液比条件下、不同的提纯时间（60min、90min和120min)提纯的腐植酸灰分含量研究表明，3个时间梯度提纯的腐植酸含量都在98%以上，灰分含量都低于0.5%，但是当时间低于90min时，提纯的腐植酸含量较低，方差分析表明，在0.05水平120min与60min和90min差异显著，因此最佳提纯时间为120min。
（7）实验所用的5个不同地域的材料都是以餐厨垃圾为原料，经过生物发酵制成。所提纯的生物腐植酸灰分含量重复性好，因此对于这类生物腐植酸其最佳提纯条件为：试剂NaOH、浓度0.35M、酸沉pH=1、固液比1:20、提取温度80℃～100℃、提取时间120min。
总结
实验所用的5个不同地区（北京、成都双流、南京、无锡、新津）的生物腐殖酸都是以餐厨废弃物为原料，经过生物发酵制成。所提纯的生物腐植酸纯度重复性好，因此对于餐厨废弃物生物腐植酸，其最佳提纯条件为：试剂NaOH、浓度0.35M、酸沉pH=1、固液比1:20、提取温度80℃～100℃、提取时间120min。
我们实验了来源于规模不同、消费水平不一的城市餐厨废弃物，如以成都双流（日处理20吨）、新津小城镇（日处理10吨），或北京不同规模来源的餐厨废弃物为原料生产的生物腐殖酸样品，碳系数值具有一致性；同时检测了北京高安屯（日处理400吨）春（4月）、夏（7月）、秋冬（11月）四季的生物腐殖酸样品，发现碳系数的重复性、稳定性、一致性都很好；以北京不同场站的样品为实验材料，还检测了北京高安屯厂、北京稻香湖站、北京湘鄂情站生产的生物腐植酸样品，这三个场站处理的餐厨废弃物来源不同，高安屯厂处理的主要来自朝阳区和西城区的餐厨废弃物原料，北京稻香湖站的餐厨废弃物原料来自稻香湖景区周边的多个酒店，而北京湘鄂情站即时处理湘鄂情酒店定慧寺店产生的餐厨废弃物原料，结果发现不同厂、站的生物腐殖酸样品，其碳系数值与其它样品保持一致。
来自于全国各场站以餐厨废弃物为原料生产的生物腐植酸样品，在相同的最佳提取和纯化条件下，碳系数值具有一致性，30多组数据平均值0.43。
这说明经过一致的工艺发酵、自动化控制和工业化生产的BGB餐厨废弃物生物腐植酸，其产品具有很高的一致性，不受餐厨废弃物来源的区域性（单个饭店乃至整个区域）、地域性（全国各地）及季节性的影响。所以，建设以餐厨废弃物为原料生产生物腐植酸的场站，今后在全国范围内是可复制的。为在全国范围内工业化、大规模发酵2000多万吨（数据来源于建设部）餐厨废弃物为生物腐殖酸提供了依据。
Claims (8)
1.一种生物腐殖酸类物质的检测分析方法，包括对样品进行定性分析，然后分别定量检测产品有机质、生物腐殖酸、及生物黄腐酸含量，根据有机质、生物腐植酸及生物黄腐酸含量，将生物腐殖酸类物质分级，其中：
A级：有机质≥85%，生物腐植酸≥75%，生物黄腐酸≥25%，
B级：有机质≥75%，生物腐植酸≥45%，生物黄腐酸≥18%，
C级：有机质≥60%，生物腐植酸≥30%，生物黄腐酸≥10%。
2.权利要求1的检测分析方法，其中所述的对样品进行定性分析包括对样品进行红外光谱图和紫外光谱图分析，具有紫外和红外吸收光谱腐植酸的主要特征吸收光谱的样品认定为腐植酸类物质。
3.权利要求1或2的检测分析方法，其中所述的生物腐植酸的含量测定参照GB/T11957-2001“煤中腐植酸产率的测定方法”中所述的方法进行；所述的生物黄腐酸含量测定参照李善祥编著的《腐植酸产品分析及标准》P49-51，“黄腐酸含量的测定”（化学工业出版社2007.9）中所述的方法进行；所述的有机质的测定参照NY525-2002，“中华人民共和国农业有机肥料行业标准”中所述的方法进行。
4.权利要求1或2的检测分析方法，其中所述的紫外和红外吸收光谱腐植酸的主要特征吸收光谱包括紫外吸收光谱在210n m 附近的吸收峰；红外图谱3400cm-1 附近的吸收峰，1600-1700cm-1 的吸收峰 ，1400cm-1 的吸收峰和1100cm-1 的吸收峰。
5.一种生物腐殖酸产品的碳系数的测定方法，包括如下步骤：
（１）生物腐植酸样品纯化：
取生物腐植酸样品，干燥、粉碎，使其粒度小于0.2mm；
称取生物腐植酸样品，加入每克样品10-40 m L的浓度为0.1-1M的碱液（固液比1:10-1:40)，置于60-100℃水浴上加热提取1-2h，冷却到室温，离心，收集溶液，在碱提取液中加入HCl溶液在pH 1-3下静置酸沉，使生物腐植酸沉淀，离心悬浊液，将沉淀的残渣过滤，用水洗涤残渣至pH不再变化，将残渣干燥，干燥后的样品即为测试用的纯化生物腐植酸碳样品；
（2）生物腐植酸碳系数测定：
测定纯化的生物腐植酸样品中的碳含量和生物腐植酸含量，计算生物腐植酸样品的碳系数：Rc=WC/WHA；其中Rc—腐植酸样品的碳系数，W C —腐植酸样品的%碳含量，W H A —腐植酸样品的%腐植酸含量。
6.根据权利要求5的碳系数测定方法，其中所述纯化生物腐植酸样品中的%碳含量(W C )可以用碳氢分析仪测定碳含量; 纯化生物腐植酸样品中的%腐植酸含量可以按下式计算：WHA = 100%-WA，其中WHA—腐植酸样品的%腐植酸含量，WA—腐植酸样品的%灰分含量，灰分含量可按农业部行业标准NY/T303-1995“有机肥料粗灰分的测定方法”进行测定。
7.根据权利要求5或6的碳系数测定方法，其中所述的生物腐殖酸产品为餐厨废弃物生产的生物腐植酸产品，所述的生物腐植酸样品纯化步骤包括：
称取约10 g 左右的生物腐植酸样品到锥形瓶中，移取适量碱液（NaOH 或 Na4P2O7)到每一个锥形瓶中，相当于每克样品10-40 m L ，混合摇动至样品充分润湿，在瓶口放一个小漏斗，置至60-100℃水浴上加热1-2h，间断摇动锥形瓶，使不溶物充分沉下，取下锥形瓶，冷却到室温，将锥形瓶内的物料离心5 min，收集溶液到烧杯内，在生物腐植酸的碱提取液中加入50％HCl溶液,在pH 1-3，静置2h酸沉，使生物腐植酸沉淀，离心悬浊液，将沉淀的残渣转移到滤纸上过滤，用水洗涤残渣至pH不再变化，将残渣转移到清洁的烧杯或别的器皿中，减压干燥，干燥后的样品即为纯化的生物腐植酸样品。
8.根据权利要求7的碳系数测定方法，其中生物腐植酸样品纯化步骤中的最佳提纯条件为：试剂NaOH、浓度0.35M、固液比1:20、提取温度80℃～100℃、提取时间120min，酸沉pH=1。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104155259A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-11-19 | 中国环境科学研究院 | 一种地下水水源中腐殖酸浓度的检测方法 |
| CN104458997A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-03-25 | 中国环境科学研究院 | 一种分析不同分子量类腐殖质官能团组成的方法 |
| CN105136700A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-12-09 | 山西广宇通科技股份有限公司 | 一种用分光光度计测定风化煤中腐植酸含量的方法 |
| CN107063823A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-08-18 | 山东农大肥业科技有限公司 | 一种活化腐植酸的测定方法 |
| CN109425609A (zh) * | 2017-08-25 | 2019-03-05 | 上海臻衍生物科技有限公司 | 一种用于定量测定腐植酸的色板及其制备方法和用途 |
| CN110864958A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-06 | 中国矿业大学 | 一种黄腐酸分级检测方法 |
| CN113777211A (zh) * | 2020-06-10 | 2021-12-10 | 红河锦东化工股份有限公司 | 活性腐植酸有机肥料中活化棕黑腐植酸含量的测定方法 |
| CN114375637A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-22 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种基于黄腐酸光谱学特性的小麦种子发芽和苗期调控方法 |
-
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 中华人民共和国农业部: "《中华人民共和国农业行业标准 有机肥料粗灰分的测定 NY/T303-1995》", 1 May 1996 * |
| 南开大学环境化学教研室 等编: "《环境化学实践指南》", 31 August 1986, 浙江教育出版社 * |
| 李善祥 编: "《腐植酸产品分析及标准》", 31 October 2007, 化学工业出版社 * |
| 李善祥: "我国腐植酸及其产品的分析与标准化实施中的若干问题", 《第五届全国绿色环保肥料新技术、新产品交流会论文集》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104155259A (zh) * | 2014-08-21 | 2014-11-19 | 中国环境科学研究院 | 一种地下水水源中腐殖酸浓度的检测方法 |
| CN104458997A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-03-25 | 中国环境科学研究院 | 一种分析不同分子量类腐殖质官能团组成的方法 |
| CN104458997B (zh) * | 2014-12-19 | 2016-03-16 | 中国环境科学研究院 | 一种分析不同分子量类腐殖质官能团组成的方法 |
| CN105136700A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-12-09 | 山西广宇通科技股份有限公司 | 一种用分光光度计测定风化煤中腐植酸含量的方法 |
| CN107063823A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-08-18 | 山东农大肥业科技有限公司 | 一种活化腐植酸的测定方法 |
| CN107063823B (zh) * | 2017-04-26 | 2017-12-22 | 山东农大肥业科技有限公司 | 一种活化腐植酸的测定方法 |
| CN109425609A (zh) * | 2017-08-25 | 2019-03-05 | 上海臻衍生物科技有限公司 | 一种用于定量测定腐植酸的色板及其制备方法和用途 |
| CN110864958A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-06 | 中国矿业大学 | 一种黄腐酸分级检测方法 |
| CN113777211A (zh) * | 2020-06-10 | 2021-12-10 | 红河锦东化工股份有限公司 | 活性腐植酸有机肥料中活化棕黑腐植酸含量的测定方法 |
| CN114375637A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-22 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种基于黄腐酸光谱学特性的小麦种子发芽和苗期调控方法 |
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