Name: Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Erfahren Sie die qualitative Charakterisierung wässriger Fraktionen aus der hydrothermalen Verflüssigung von Algen mittels zweidimensionaler Gaschromatographie und Flugzeitmassenspektrometrie. Diese Methode verbessert Peakkapazität und Auflösung für Biorefinerien.

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Das Manuskript wurde von Battelle Memorial Institute unter Vertrag Nr DE-AC05-76RL01830 mit dem US Department of Energy verfasst. Die US-Regierung behält und der Verleger, durch den Artikel für die Veröffentlichung der Annahme bestätigt, dass die US-Regierung eine nicht-exklusive behält, bezahlte, unwiderrufliche, weltweite Lizenz zur Nutzung der veröffentlichten Form dieses Manuskript zu veröffentlichen oder zu vervielfältigen oder zu anderen erlauben, zu tun so, für die US-Regierung Zwecke.

1. Probenvorbereitung <ol><li> Generieren eines gemischten wässrigen / organischen Produktstrom über eine kontinuierliche Strömung HTL von Algen nach dem Reaktordesign und experimentelle Verfahren in der Literatur 10,11 gefunden. </li><li> Verwenden Sie einen Schwerkraftabscheider den Produktstrom in eine wässrige Phase und organische Phase zu trennen. </li><li> Filter 10 ml der HTL wässrigen Phase unter Verwendung eines 0,45 &amp; mgr; m Spritzenfilter und im Kühlschrank bei 4 ° C für GC × GC-TOF-MS-Analyse erhalten. </li></ol> 2. Gerätekomponenten <ol><li> Verwenden Sie einen Gaschromatographen (GC), ausgestattet mit einem Quad-Jet zweistufigen Kühl-basierten Modulator und Time-of-Flight (TOF) Massenspektrometer (MS) für diese Experimente. </li><li> Konfigurieren Sie den Autosampler zu injizieren 1 ul jeder Probe oder Standard in den GC. Verwenden Sie einen randomisierten Blockdesign von Probe und Standard - Injektionen für die Autosampler - Sequenz als 13 in der Literatur beschrieben. Die randomized Blockbauweise wird in quantitativen Studien zur Steuerung für den Betrieb des Gerätes verwendet. Unser Labor verwendet das Design routinemäßig auch in vergleichenden Studien Instrument Betrieb zu überprüfen. </li><li> Schließen Sie die primäre und sekundäre Spalte eine Pressedichten Stecker vor dem Modulator. Stellen Sie sicher, dass beide Ränder beider primären und sekundären Säulen sind gerade geschnitten, ohne scharfe Kanten vor der Presse dichten Stecker zu verbinden. </li><li> Platzieren Zwinge auf der GC-Säule und anschließend Primärsäule in die GC-Injektor verbinden, so dass 5 mm Säule innerhalb des Injektors ist. </li><li> Stellen Sie sicher, dass Glaseinsatz, Antihaft-Liner O-Ring und Septen für GC Injektor sind neu und frei von Verunreinigungen. </li><li> Verwenden Sie 1/16 x 0,5 mm ID Transferleitung Zwingen die sekundäre Spalte und Übertragungsleitung zu verbinden. Legen Sie eine 0,2 m Teil der Sekundär Spalte in der Transferleitung. </li><li> Sicherzustellen, dass ein 0,1 m Teil der Sekundärkolonne im Modulator ist. </li><li> Verwenden Sie Helium höchster ReinheitGas als Trägergas für GC bei einer Flussrate von 1,5 ml min -1. </li><li> Sicherzustellen, dass in dem Dewar ausreichend flüssigem Stickstoff, der als Kühlmittel in den Modulator wirkt. Das Niveau des flüssigen Stickstoffs in dem Dewar kann ein Manometer an seinem Ausgang vorhergesagt werden. A 69 kPa Lesen des Manometer zeigt an, dass die Dewar voll ist, während 0 kPa zeigt an, dass er leer ist. </li></ol> 3. Protokolle Vor Analyse von Proben <ol><li> Stellen Sie sicher, es keine größeren Lecks im Gerät sind. Wenn der Vakuummeters Lesen des TOF-MS ist höher als 2,7 × 10 -5 Pa für 1,5 ml min -1 GC Säule Strömungsrate, zeigt dies ein großes Leck im System. </li><li> Aufbau der Qualitätskontrolle (QC) Methode und laufen in-built &quot;Erfassungssystem Anpassungen&quot; Protokoll maximale Signalantwort unter Verwendung von Protokoll des Herstellers zu erreichen. </li><li> Führen Sie in-built &quot;Instrument Optimierung&quot; Protokolle von QC-Verfahren, in Serie - filament Fokus, Ionenoptik Fokus und Massentests Kalibrierung Protokoll des Herstellers verwendet wird. Stellen Sie sicher, dass Massenkalibrierung Test besteht. Das QC-Verfahren stellt sicher, dass alle Hardware-Parameter des Instruments auf einem optimalen Niveau. </li><li> Führen Sie eine &quot;Dichtigkeitsprüfung&quot; mit Protokoll des Herstellers. Analysieren Sie erzeugt automatisch Dichtigkeitsprüfung Bericht. Sicherzustellen , dass die relative Konzentration von 28 (N 2), 32 (O 2) und 18 (Feuchtigkeit) -Ionen unter weniger als 10% sein darf, 3% und 5% der internen Standard - Massenspektren von 69 - Ion, respectively. </li><li> Stimmen Sie die TOF-MS Protokoll des Herstellers. </li><li> Führen Sie Qualitätskontrollverfahren sowie TOF-MS tune-Protokoll vor und nach der Dichtigkeitsprüfung und auch während Proben und Standards zu analysieren. </li></ol> 4. Protokoll der optimalen Modulationsperiode des Modulators zu bestimmen <ol><li> Willkürlich wählen Sie einen langen Modulationsperiode (zB 10 sec oder 13 sec). Injizieren einer Probe wie in 2.2 beschrieben. </li><li&gt; Identifizieren Sie die Verweilzeit in der zweiten Dimension der Konturdiagramm, nach dem keine Peaks eluieren. Wählen Sie identifizierten zweiten Dimension Retentionszeit als optimale Modulationsperiode dar. 2 deutlich die Identifizierung der Retentionszeit in der zweiten Dimension der Konturplot aufzuklären. </li><li> Erhöhen Sie die Zeit Modulation in Schritt 4.1 und die Analyse erneut durchführen , wenn &quot;Wrap - around&quot; 18 beobachtet. Umschlingen Erscheinungen tritt auf, wenn die Spitzen in der zweiten Dimension unterhalb der Basislinie der ersten Dimension eluiert. Beispiel Konturdiagramm für &#39;allumfassenden&#39; wird in ergänzenden Informationen Abbildung 3 dargestellt. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 4.2 und 4.3 bis optimalen Wert bestimmt wird. </li></ol> 5. Experimentelle Parameter Instrument Set-up <ol><li> Installieren einer polaren (60 mx 0,25 mm x 0,5 &amp; mgr; m Filmdicke) Kapillarsäule als Primärsäule und einem unpolaren (2,3 mx 0,25 mm x 0,5 &amp; mgr; m Filmdicke) capillary Spalte als sekundäre Spalte. Backen sowohl die Primär- und Sekundärspalte für mindestens 2 Stunden zur Entfernung von Spurenmengen an Feuchtigkeit, Luft und Verunreinigungen mit neuen GC-Säulen verbunden. </li><li> Verwenden ultrareinen Heliumgas als Trägergas für GC bei einer Flussrate von 1,5 ml min -1. </li><li> Stellen Sie die GC-Injektor auf eine Temperatur von 260 ° C und einem Teilungsverhältnis von 1: 250. </li><li> Verwenden das folgende Temperaturprogramm für die Primärsäule: eine konstante Temperatur von 40 ° C für 0,2 min durch einen Temperaturanstieg gefolgt bis 260 ° C bei 5 ° C min -1, gefolgt von einer konstanten Temperatur von 260 ° C für 5 min. </li><li> Aufrechterhaltung der Modulator Temperatur 5 ° C höher ist als die der Sekundärsäule und der sekundären Säulentemperatur bei 5 ° C höher ist als die der Primärsäule. </li><li> Verwenden Sie eine optimale Modulationsperiode von 4 Sekunden mit 0,8 sec heißen Puls und 1,2 sec kaltem Puls. Dieser Wert wird auf dem Protokoll in Sekte beschrieben bestimmt basierendIonen-4. </li><li> Stellen Sie den Übertragungsleitungstemperatur bis 270 ° C. </li><li> Stellen Sie den Erwerb Verzögerung oder Lösungsmittel Verzögerung auf 0 sec. </li><li> Stellen Sie den unteren und höheren Bereich von m / z 35 und 800, beziehungsweise. </li><li> Stellen Sie den MS-Detektor Erfassungsrate bei 400 Spektren / s. </li><li> Pflegen Sie die MS Detektorspannung bei 150 V höher als der optimierte Wert. </li><li> Pflegen Sie die MS-Ionenquellentemperatur bei 225 ° C. </li></ol> 6. Datenanalyse <ol><li> Führen Sie die Datenverarbeitung unter Verwendung der Software vom Hersteller des Instruments geliefert. </li><li> Wählen Sie die folgenden Aufgaben in der Datenanalysemethode - Compute Beginn der Studie finden Spitzen oberhalb der Basislinie, Bibliothek suchen und zu berechnen sind / Höhe. </li><li> Verfolgen Sie die Basislinie durch die Datendatei. Geben Sie Baseline Offset als 0,5. Eingeben erwarteten Spitzenbreite von 15 sec in der ersten Dimension und 0,15 sec in der zweiten Dimension. </li><li> Eingestellt Signal-Rausch-Verhältnis als 5,000 und Ähnlichkeitswerte von&gt; 850 für identifizierung von Verbindungen. </li><li> Wählen Sie eine im Handel erhältliche Massenspektrenbibliothek zu chemischen Verbindungen, die in den Proben zu identifizieren und die Bibliotheks-Suchmodus eingestellt zu übermitteln. </li><li> Verarbeiten Sie die Datendateien mit dieser Datenanalysemethode unter Verwendung von Protokoll des Herstellers. Es erfordert zumindest 1 h, eine Datendatei zu verarbeiten. </li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Ergebnisse veranschaulichen deutlich die Fähigkeit der Säule Kombination von polaren × unpolare ohne Techniken vor der Probenvorbereitung polaren Verbindungen und leichte flüchtige Stoffe in der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl zu lösen. Drastische Peaktailing wurde für organische Säuren und N-Verbindungen beobachtet, während die nicht-polare × polaren Säulenkombination verwendet wird. Dieser Peaktailing wurde nicht für den früh eluierenden Licht organischen Substanzen beobachtet. Dieses Verhalten ist reproduzierb...

Stetiges Wachstum in der Nachfrage nach flüssigen Brennstoffen, die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe, die Unsicherheit der Versorgung mit fossilen Brennstoffen, und die Sorgen über die zunehmende Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre haben 1 für nachwachsende Rohstoffe weltweit das Bewusstsein erhöht. Solarenergie (einschließlich der Photovoltaik und solarthermische), Windenergie, Wasserkraft, Geothermie und Biomasse sind die wichtigsten erneuerbaren Quellen , die möglicherweise mit fossilen Energieprodukt 2 ersetzen könnte. Von diesen ist Biomasse die einzige Kohlenstoff basierende alternative Energiequelle für die Herstellung von flüssigen Kraftstoffen und hochwertige Chemikalien 3. Biomasse umfasst alle organischen Material, wie Waldressourcen, landwirtschaftlichen Abfällen, Algen, Ölsaaten, feste Siedlungsabfälle und kohlenstoffreiche Industrieabfälle (zB aus der Zellstoff- und Papierindustrie oder der Lebensmittelverarbeitung) 1. Biomasse wird in zwei Kategorien eingeteilt: Lignocellulose-und nicht-holzigen Einsatzstoffe auf Basis von comPositionscharakteristika. Lignocellulose - Biomasse besteht aus Kohlenhydraten und Lignin, während nicht-holzigen Einsatzstoffe haben Proteine, Kohlenhydrate und Lipide / Öle 4. Lignocellulose - Einsatzmaterial, von terrestrischen Pflanzen gewonnen werden , können nur 30% der aktuellen flüssigen Kraftstoff (Benzin, Düsentreibstoff und Dieselkraftstoff) erfüllen die Nachfrage , wenn nachhaltig angebauten und geernteten 5,6. Daher nicht holzigen Wasser Mikroorganismen wie Mikroalgen und Pilzen, werden als potenzielle Einsatzstoffe für die Produktion von erneuerbaren flüssigen Brennstoffen Lignocellulose-Ressourcen zu ergänzen. Microalgae Einsatzmaterialien haben das Potenzial , zu aktuellen flüssigen Kraftstoffen verlangen 7,8 erfüllen. Algen haben viele Vorteile: hohe Flächenproduktivität 8, die Fähigkeit , in geringer Qualität, Brack- oder Meerwasser 9, und die Fähigkeit zu wachsen 7,8 energiereichen Triglyceride oder Kohlenwasserstoffe zu akkumulieren. Die hydrothermale Verflüssigung (HTL) ist eine praktikable und skalierbare conversion Prozess, der 10,11 Wasser natürlich im Zusammenhang mit Algen oder Wassereinsatzstoffe verwendet. Es ist ein thermo-chemisches Verfahren mit Betriebstemperaturen von 250-400 ° C und Betriebsdrücke von 10-25 MPa, die ein flüssiges Produkt erzeugt, oder Bio-Rohöl, das in einer Kraftstoffmischkomponente aufgerüstet werden kann. Bio-Rohöl aus HTL von Algen produziert hat unterscheidbar und leicht trennbar organischen und wässrigen Fraktionen. Die organische Fraktion von Bio-Rohöl kann effizient durch katalytische Hydrobehandlungsverfahren 11 in einer Raffinerie bereit Mischkomponente umgewandelt werden. Die wässrige Fraktion von Bio-Rohöl enthält ~ 30% der gesamten Kohlenstoff in der Beschickung Algen. Obwohl Tausende von Verbindungen in der HTL wässrigen Strom identifiziert wurde, bestehen die vorherrschende Fraktionen mit niedrigem Molekulargewicht Oxygenate (einschließlich Säuren, Alkohole, Ketone und Aldehyde) durch den Abbau von Kohlenhydraten gebildet und Lipiden und Stickstoffheterocyclen (einschließlich Pyrrole, Pyridine , pyrazinES und Imidazole) , abgeleitet von Proteinzersetzungs 12. Studien über die wässrige Fraktion unter Verwendung von insgesamt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sowie die Nachhaltigkeit zu verbessern, sind im Gange. Synthesegas kann aus der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl durch katalytische hydrothermale Vergasung 10,13, 14 hergestellt werden. Alternativ organics in der wässrigen Fraktion auch katalytisch zur Kraftstoffadditive und Spezialchemikalien umgewandelt werden können. Forschung auf die katalytische hydrothermale Vergasung und Katalysator-Screening-Studien zur Umwandlung von organischen Stoffen in der wässrigen flüssigen Phase der Optimierung ist derzeit im Gange am Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Für diese Arbeit wird sowohl qualitative als auch quantitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von Algen Bio-Rohöl erforderlich. Da die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohöl ist ein Abfallstrom betrachtet, gibt es sehr wenige Studien, die die wässrige Fraktion von Algen bio-rohes 13,15 analysiert. Außerdem jüngstenStudien zu dem Schluss , dass diese HTL Algen Wasser in hochwertige Bio-Produkte umzuwandeln , die Nachhaltigkeit sowie Wirtschaftlichkeit eines HTL-basierten Bioraffinerie 11 verbessern würde. Deshalb fokussiert diese Studie ein Verfahren zur qualitativen Charakterisierung der wässrigen Fraktion von Bio-Rohöl aus HTL von Algen durch zweidimensionale Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie (GC × GC-TOF-MS), erhalten auf die Entwicklung. GC × GC-TOF-MS ist die vielversprechendste chromatographische analytische Technik Auflösung (oder Trennung von chemischen Verbindungen in einer Probe) zu erhöhen, Spitzenleistung (dh Anzahl der aufgelösten Peaks), Signal-Rausch - Verhältnis (zur Identifizierung von chemischen Verbindungen , mit hoher Konfidenz) und Co-Elution von chemischen Verbindungen 16 zu vermeiden. Um Auflösung, Spitzenleistung und das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren, zwei GC-Säulen mit verschiedenen stationären Phasen sind in Reihe mit einem Preßsitz c verbundenonnector oder Mikro-union 17 (siehe Abbildung 1 , die ein Blockdiagramm des GC × GC-TOF-MS - System in dieser Studie verwendet wird). Ein Modulator zwischen dem Presssitzanschluss und sekundären Säulen zu stoppen befindet, neu auszurichten und wieder injizieren die Abwässer aus der primären Säule in die zweite Säule 18. Modulation tritt auf der Sekundärsäule in der vorliegenden Studie als in 1 gezeigt. Die sekundäre Säule dann in die TOF-MS über eine Übertragungsleitungsanordnung verbunden ist. GC × GC-TOF-MS wurde zuvor für die qualitative und quantitative Analyse von organischen Proben wie Rohöl 16,19, Benzin, Jet-Fuel, Diesel, Bio-Diesel, und der organische Anteil der Bio-Kraftstoff verwendet 20- 22 aus thermo-chemischen sowie thermo-katalytische Umwandlung verarbeitet 23,24 hergestellt. Zur Charakterisierung dieser organischen Proben in GC × GC-TOF-MS-Instrumente, eine lange unpolaren Säule wwie als primäre Spalte verwendet, während eine kurze polare Säule als sekundäre Säule verwendet wurde. Diese herkömmliche Säulenkonfiguration löst chemische Verbindungen , basierend auf Unterschieden in Volatilität über der ersten Dimension, gefolgt von der Polarität in der zweiten Dimension 18. Wässrige oder Wasserproben aus biologischen Prozessen, Lebensmittelverarbeitung und Umwelt Abfälle wurden charakterisiert auch mit ähnlichen Primär- / Sekundärspaltenkonfigurationen , nachdem die Probe war durch die Vorbereitung 17,25-30 Schritte. Probenvorbereitungstechniken wie Derivatisierung, Festphasenextraktion und organischen Lösungsmittelextraktion wurden alle vor verwendet worden × GC-TOF-MS - Analyse 17,27-29,31,32 an GC. Diese Techniken wurden bei Verringerung der Polarität der Verbindungen in der Probe für die Analyse unter Verwendung einer herkömmlichen Spaltenkonfiguration 33 ausgerichtet. Eine alternative Strategie wurde in dieser Studie verwendet auf der Grundlage der Art der Probe (hier polaren organischen Verbindungen in Wasser)Verwendung der umgekehrten primären / sekundären Säulenkonfiguration für GC × GC-TOF-MS-Analyse. Da der wässrigen Fraktion von Bio-Rohöl aus HTL hergestellten polaren Verbindungen 13, eine Säulenkombination eines primären polaren Säule und einem sekundären unpolare Säule wurde im GC × GC-TOF-MS ohne vorgeschalteten Probenvorbereitung eingesetzt. Diese primäre / sekundäre Säulenkombination löst chemische Verbindungen auf Basis von Unterschieden in der Polarität über die erste Dimension, durch die Volatilität in der zweiten Dimension gefolgt. Begrenzte analytische Verfahren existieren in der Literatur für die Charakterisierung von wässrigen Proben unter Verwendung von zweidimensionalen Gaschromatographie ohne vorherige Probenaufbereitung 15. Das Ziel dieser Studie war es, die chemischen Verbindungen, die in der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl zu bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen, eine GC × GC-TOF-MS Datenerfassungsmethode wurde mit einer Säule Kombination von polaren Säule (prim entwickeltary) × unpolare (sekundär). Klenn et al. (2015) vorgeschlagen , dass die Länge der Primärsäule Erhöhung (insbesondere 60 m GC - Säulen) und Absenken des Offset - Temperatur der sekundären Säule in Bezug auf die Primärsäule Spitzenleistung zu maximieren würde und Auflösung 16-18. Daher ist eine 60 m Primärsäule und 5 ° C Offset-Temperatur der sekundären Säule in Bezug auf die primäre Säule wurden in dieser Studie verwendet. Die optimale Modulationsperiode bestimmt wurde ein Protokoll in dieser Studie beschriebenen folgenden (siehe Abschnitt 4). Die optimale Anstiegsrate von GC Säulentemperatur wurde durch einen Versuch und Irrtum - Methode bestimmt und ist vergleichbar mit dem Wert in der Literatur vorgeschlagen 16-18. Um die Vorteile dieser Säulenkombination für wässrige Proben diskutieren haben wir HTL Algen Wasserproben mit der herkömmlichen Säulenkombination aus unpolaren × polar analysiert. Betriebsparameter in der Literatur vorgeschlagen wurden zur Analyse der wässrigen eingesetztFraktion von Algen bio-Rohöl mit einem unpolaren × polaren Säulenkombination 18.

<table><tbody><tr><td>GC & Zeiten; GC&#8211; TOF/MS</td><td>Leco</td><td>PEG4D11DLN15</td><td>Commercial Pegasus 4D</td></tr><tr><td>ChromaTOF Version 4.50&nbsp;</td>Von dieser Säule wurde die <td>Leco</td><td></td><td>Datenanalysesoftware</td></tr><tr><td>Rxi-5MS GC Säule</td><td>Restek</td><td>13420</td><td>2,3 m Säule verwendet.</td></tr><tr><td>Stabilwax GC Säule</td><td>Restek</td><td>10626</td><td></td></tr><tr><td>HP-5 GC Säule</td><td>Agilent</td><td>19091J-416</td><td></td></tr><tr><td>Stabilwax GC Säule</td><td>Restek</td><td>15121</td><td></td></tr><tr><td>Presstight Connector</td><td>Restek</td><td>20430</td><td></td></tr><tr><td>GC Injektorauskleidung</td><td>Restek</td><td>23305.5</td><td></td></tr><tr><td>GC Injektorhülsen</td><td>Agilent</td><td>5181-3323</td><td></td></tr><tr><td>Antihaft-Liner O-Ringe</td><td>Agilent</td><td>5188-5365</td><td></td></tr><tr><td>Ferrulen für die Transferleitung</td><td>Restek</td><td>20212</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459844</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>414689</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>Essigsäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320099</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>2-Butanon</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>360473</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>Propansäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>402907</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>Butansäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>19215</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>Pyridin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270970</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>Pyrazin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65693</td><td>Chromatographiequalität</td></tr><tr><td>Acetamid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>695122</td><td>Chromatographie Grad</td></tr><tr><td>2,5-Pyrrolididion</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9381</td><td>Chromatographie Qualität</td></tr><tr><td>N-Methylsuccinimid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>325384</td><td>Chromatographie Qualität</td></tr><tr><td>N-(2-Hydroxyethyl)succinimid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>444073</td><td>Chromatographie</td></tr> Qualität</tbody></table>

qualitative charakterisierung der wässrigen fraktion von hydrothermale verflüssigung von algen mit hilfe von 2d-gaschromatographie mit time-of-flight mass spectrometry

Qualitative Characterization of the Aqueous Fraction from Hydrothermal Liquefaction of Algae Using 2D Gas Chromatography with Time-of-flight Mass Spectrometry

Zweidimensionale Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Identifizierung und Quantifizierung von chemischen Komponenten in komplexen Mischungen. Es wird oft zu analysieren Benzin, Jet-Fuel, Diesel, Bio-Diesel und die organische Fraktion von Bio-Rohöl / Bio-Öl verwendet. In den meisten dieser Analysen ist die erste Dimension der Trennung unpolare, durch eine polare Trennung. Die wässrigen Fraktionen von Bio-Rohöl und andere wässrige Proben aus Biokraftstoffproduktion wurden mit ähnlichen Spaltenkombinationen untersucht. Jedoch Probenvorbereitungstechniken wie Derivatisierung, Lösungsmittelextraktion und Festphasenextraktion notwendig waren vor der Analyse. In dieser Studie wurden durch zweidimensionale Gaschromatographie wässrigen Fraktionen aus der hydrothermalen Verflüssigung von Algen gewonnen wurden, ohne vorherige Probenvorbereitungstechniken mit time-of-flight-Massenspektrometrie gekoppelt gekennzeichnet eine polare Trennung in der ersten Dimension verwendet, gefolgtdurch eine nicht-polare Trennung in der zweiten. Zweidimensionale Plots aus dieser Analyse wurden mit denen aus der traditionellen Säulenkonfiguration verglichen. Ergebnisse aus qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktionen von Algen bio-Rohöl werden ausführlich diskutiert. Die Vorteile der Verwendung eines polaren durch eine unpolare Trennung gefolgt Trennung zur Charakterisierung von organischen Stoffen in wässrigen Proben mittels zweidimensionaler Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie werden hervorgehoben.

Insgesamt Ionenchromatogramm (TIC) für die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohöl mit einer Säulenkombination polarer × unpolare ist in 4 gezeigt analysiert erhalten. Die Retentionszeiten und die Ähnlichkeit oder Übereinstimmung Faktorwerte der Verbindungen , die durch die Suche gegen Nationale identifiziert Institute of Standards and Technology (NIST) Bibliothek sind in Tabelle 1 tabelliert. Oxygenate (wie cyclopenatanone, Furanderivate und Dianhydromann...

Eine zweidimensionale Gaschromatographie-Flugzeit-Massenspektrometrie-Methode wird zur Charakterisierung der wässrigen Fraktion von Bioroh beschrieben, die aus der hydrothermalen Verflüssigung von Algen hergestellt wird. Dieses Protokoll kann auch zur Analyse der wässrigen Fraktion von flüssigen Produkten aus der Schnellpyrolyse, der katalytischen Schnellpyrolyse, der katalytischen Desoxygenierung und der Hydrobehandlung eingesetzt werden.

Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry

Two-dimensional gas chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry is a powerful tool for identifying and quantifying chemical components in ...

Das übergeordnete Ziel dieser 2D-Gaschromatographie-Datenerfassungsmethode ist es, die wässrigen Nebenprodukte zu charakterisieren, die bei der hydrothermalen Verflüssigung (HTL) von Algen anfallen. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der Biokraftstoffe zu beantworten, wie z. B. die Identifizierung der organischen Spezies, die während der hydrodynamischen Entwicklung von Algen in die wässrige Phase übergehen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die Spitzenkapazität, die Auflösung und eine breite Kollision chemischer Verbindungen verbessert.Diese Methode ist wichtig, um Daten für Bioraffinerien zu gewinnen, die erhebliche Mengen an Abwasser produzieren, das entweder aufbereitet oder zu Kraftstoffen und Chemikalien weiterverarbeitet werden muss. Diese Methode kann Charakterisierungsdaten liefern, die mit anderen Analysetechniken, wie z. B. der eindimensionalen Gaschromatographie oder der Flüssigkeitschromatographie, nicht gewonnen werden können. Die Idee zu dieser Methode hatten wir erst, als wir sehr komplexe organische Gemische aus der Herstellung von Biokraftstoffen analysierten.Für diese Experimente ist ein Gaschromatograph zu verwenden, der mit einem vierstrahligen, zweistufigen Kühlbasenmodulator und einem Flugzeit-Massenspektrometer ausgestattet ist. Konfigurieren Sie den Autosampler so, dass ein Mikroliter jeder Probe oder jedes Standards in den Gaschromatographen oder GC injiziert wird. Verwenden Sie ein randomisiertes Blockdesign von Proben- und Standardinjektionen für die Autosampler-Sequenz, wie in der Literatur beschrieben. Stellen Sie sicher, dass beide Kanten der primären und sekundären Säule gerade und ohne scharfe Kanten geschnitten sind.Verbinden Sie dann die Primär- und Sekundärsäule mit einem pressfesten Verbinder vor dem Modulator. Stellen Sie sicher, dass die Glasauskleidung, die Antihaftbeschichtung, der O-Ring und der Inceptor für den GC-Injektor neu und frei von Verunreinigungen sind. Platzieren Sie als Nächstes einen Feral auf der GC-Säule und verbinden Sie die primäre Säule mit dem GC-Injektor, so dass sich fünf Millimeter der Säule im Injektor befinden.Verwenden Sie ein Sechzehntel Zoll und einen Innendurchmesser von 0,5 Millimetern, um die Sekundärsäule und die Transferleitung zu verbinden. Platzieren Sie einen 0,2 Meter langen Teil der Sekundärsäule in der Transferleitung. Stellen Sie sicher, dass sich ein 0,1 Meter großer Teil der Sekundärsäule im Modulator befindet.Verwenden Sie ultrahochreines Heliumgas als Trägergas für GC mit einer Durchflussrate von 1,5 Millilitern pro Minute. Stellen Sie sicher, dass genügend flüssiger Stickstoff im Dewarator vorhanden ist, der als Kühlmittel im Modulator fungiert, indem Sie den Gehalt an flüssigem Stickstoff mit einem Manometer ablesen, das am Dewar-Auslass angebracht ist. Ein Messwert des Manometers von 69 Kilopascal zeigt an, dass der Dewar voll ist, während null Kilopascal anzeigt, dass er leer ist.Stellen Sie sicher, dass das Instrument keine größeren Lecks aufweist. Wenn der Messwert des Vakuummeters des TOF-MS höher als 2,7 mal 10 bis zum negativen Quint Pascal für eine Durchflussrate von 1,5 Millilitern pro Minute GC pro Minute ist, deutet dies auf ein größeres Leck im System hin. Richten Sie die Qualitätskontroll- oder QC-Methode ein und führen Sie das integrierte Anpassungsprotokoll für das Erfassungssystem aus, um eine maximale Signalantwort unter Verwendung des Herstellerprotokolls zu erzielen.Führen Sie dann die integrierten Instrumentenoptimierungsprotokolle der QC-Methode aus. Führen Sie in Reihe geschaltete Filamentfokus-, Ionenoptikfokus- und Massenkalibrierungstests mit dem Protokoll des Herstellers durch. Stellen Sie sicher, dass der Massenkalibrierungstest erfolgreich ist.Diese QC-Methode stellt sicher, dass alle Hardwareparameter des Instruments auf einem optimalen Niveau sind. Das Instrument sollte frei von Leckagen sein. Dies ist ein wichtiger Aspekt dieses Verfahrens.Eine erneute Überprüfung sollte anhand des Herstellerprotokolls durchgeführt werden. Analysieren Sie den generierten Dichtheitsprüfungsbericht, indem Sie die relative Konzentration bestimmter Ionen auf den internen Standard überprüfen. Um die optimale Modulationsperiode des Modulators zu bestimmen, wählen Sie beliebig eine lange Modulationsperiode und injizieren Sie wie zuvor ein Sample.Identifizieren Sie die Retentionszeit in der zweiten Dimension des Konturdiagramms, nach der keine Spitzen mehr eluieren. Wählen Sie die identifizierte Retentionszeit der zweiten Dimension als optimale Modulationsperiode aus. Erhöhen Sie die Modulationsperiode und führen Sie die Analyse erneut durch, wenn ein Wrap-Around beobachtet wird.Rundum-Phänomene treten auf, wenn die Peaks in der zweiten Dimension unterhalb der Basislinie der ersten Dimension eluieren, wie in diesem Konturdiagramm dargestellt. Wiederholen Sie diesen Schritt, bis der optimale Wert ermittelt ist. Die in dieser Studie verwendete Konfiguration ist einzigartig und wichtig.Diese Kombination wurde bisher nicht verwendet, um wässrige Fraktionen aus Biomasseumwandlungen zu analysieren. Installieren Sie eine polare Kapillarsäule als Primärsäule. Installieren Sie eine unpolare Kapillarsäule als Sekundärsäule.Verwenden Sie ultrahochreines Heliumgas als Trägergas für GC mit einer Durchflussrate von 1,5 Millilitern pro Minute. Stellen Sie den GC-Injektor auf eine Temperatur von 260 Grad Celsius und ein Split-Verhältnis von eins bis 250 ein. Richten Sie ein Temperaturprogramm für die Primärsäule ein, das mit einer konstanten Temperatur von 40 Grad Celsius für 0,2 Minuten beginnt, gefolgt von einem Temperaturanstieg auf 260 Grad Celsius bei fünf Grad Celsius pro Minute, gefolgt von einer konstanten Temperatur von 260 Grad Celsius für fünf Minuten.Halten Sie die Temperatur des Modulators fünf Grad Celsius höher als die der Sekundärsäule und die Temperatur der Sekundärsäule fünf Grad Celsius über der Temperatur der Primärsäule. Verwenden Sie eine optimale Modulationsperiode von vier Sekunden mit 0,8 Sekunden heißem Impuls und 1,2 Sekunden kaltem Impuls, wie zuvor festgelegt. Stellen Sie dann die Temperatur der Transferleitung auf 270 Grad Celsius ein.Stellen Sie als Nächstes die Erfassungsverzögerung oder Lösungsmittelverzögerung auf null Sekunden ein. Stellen Sie den unteren und höheren Bereich der Masse über der Ladung auf 35 und 800 ein und stellen Sie dann die Erfassungsrate des MS-Detektors auf 400 Spektren pro Sekunde ein. Halten Sie die Spannung des MS-Detektors bei 150 Volt über dem optimierten Wert.Halten Sie schließlich die Temperatur der MS-Ionenquelle bei 225 Grad Celsius. Führen Sie die Datenverarbeitung mit der vom Gerätehersteller bereitgestellten Software durch. Wählen Sie in der Datenanalysemethode Baseline berechnen, Spitzen oberhalb der Baseline suchen, Bibliothekssuche aus und berechnen Sie Fläche und Höhe.Verfolgen Sie die Baseline über die Datendatei. Geben Sie den Basislinienversatz als 0,5 ein, und geben Sie dann die erwartete Peakbreite von 15 Sekunden in der ersten Dimension und 0,15 Sekunden in der zweiten Dimension ein. Legen Sie das Signal-Rausch-Verhältnis auf 5000 und die Ähnlichkeitswerte auf größer als 850 für die Identifizierung von Verbindungen fest.Wählen Sie eine kommerziell erhältliche Massenspektralbibliothek aus, um chemische Verbindungen in Proben zu identifizieren, und stellen Sie den Bibliothekssuchmodus auf Weiterleitung ein. Verarbeiten Sie die Dateien mit dieser Datenanalysemethode unter Verwendung des Protokolls des Herstellers. Die Verarbeitung der Datendatei dauert mindestens eine Stunde.Hier ist ein Gesamtionenchromatogramm zu sehen, das für die wässrige Fraktion von Algen Bio-Rohöl erhalten und mit einer Säulenkombination aus polar und unpolar analysiert wurde. Im Wasser von HTL-Algen wurden Sauerstoffate und organische Säuren nachgewiesen. Zusätzlich zu den Oxygenaten enthält die wässrige Phase stickstoffhaltige Verbindungen wie Pyridin, Pyrazin, Acetamide, Succinimide und deren Alkylderivate.Vermutlich handelt es sich bei diesen Verbindungen um die Abbauprodukte von Proteinen und Kohlenhydraten in Algenbiomasse. Hier sind die Ähnlichkeitswerte und die Retentionszeit der im HTL-Algenwasser vorhandenen chemischen Verbindungen unter Verwendung einer Säulenkombination aus polar und unpolar in Tabellenform dargestellt. Die im Konturdiagramm identifizierten hohen Intensitätspeaks für die wässrige Fraktion von Algen-Biorohöl wurden durch Analysestandards validiert.Standards, die organische Säuren und Endverbindungen enthalten, wurden hergestellt und in der 2D-Gaschromatographie mit Flugzeit-Massenspektrometrie analysiert. Die wässrige Fraktion von Algen Bio-Rohöl wurde ebenfalls mit der in der Literatur weit verbreiteten konventionellen Säulenkombination aus unpolar und polar analysiert. Wie hier gezeigt, sind organische Säuren und Endverbindungen, die in der wässrigen Fraktion von Algen vorhanden sind, mit mehr als einem Peak eluiert.Die Ähnlichkeitswerte und die Verweilzeit dieser chemischen Verbindungen sind in Tabellenform aufgeführt. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie die wässrigen Proben mit Hilfe der zweidimensionalen Gaschromatographie mit Massenspektrometrie analysiert werden. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Biokraftstoffe, um den wässrigen Strom von Nebenprodukten zu analysieren, die aus biochemischen, thermochemischen und thermokatalytischen Umwandlungen von Biomasse gewonnen werden.Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie die eindimensionale Gaschromatographie und die Flüssigkeitschromatographie durchgeführt werden, um zusätzliche Fragestellungen wie die quantitative Bestimmung der Konzentration von nicht identifizierten chemischen Verbindungen zu beantworten. Bei diesem Verfahren ist zu beachten, dass nichtflüchtige, hochprozentige und anorganische Salze mit dieser Gerätekonfiguration nicht analysiert werden konnten.

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Zusammensetzung der polaren Lipid-Extrakte und der Fettsäure-Zusammensetzung der einzelnen Glycerolipide sind in einem einfachen und robusten Lipid-Profiling Experiment bestimmt. Zu diesem Zweck sind Glycerolipide durch Dünnschicht-Chromatographie isoliert und Transmethylierung ihrer Acylgruppen. Fatty Acyl Methylester durch Gas-Flüssigkeits-Chromatographie quantifiziert.

Arabidopsis thaliana Polar Glycerolipid Profiling durch Dünnschichtchromatographie (TLC) mit Gas-Flüssigkeits-Chromatographie (GLC) Coupled

Ein Verfahren zur Bestimmung der Fettsäuregehalt und der Zusammensetzung in Mikroalgen anhand von mechanischen Zellaufschluss, Lösungsmittelbasis Lipidextraktion, Umesterung und die Quantifizierung und Identifizierung der Fettsäuren mittels Gaschromatographie beschrieben. Ein tripentadecanoin interner Standard verwendet wird, um für die möglichen Verluste bei der Extraktion und unvollständiger Umesterung kompensieren.

Die Analyse der Fettsäuregehalt und Zusammensetzung in Mikroalgen

Wir beschreiben ein Protokoll für die Licht-katalysierte Erzeugung von Wasserstoffperoxid - einen Cofaktor für oxidative Umwandlungen.

Lichtgetriebene enzymatische Decarboxylierung

Genaue Bestimmung der Fließgeschwindigkeit der entwickelten Gase ist der Schlüssel um die Details der Reaktionen zu studieren. Wir bieten eine neuartige Quantitative Analyse-Methode der entsprechenden charakteristischen Spektrum-Analyse für Thermogravimetrie-Masse Spektrumanalyse durch Einführung der Kalibrierung das charakteristische Spektrum und die relative Empfindlichkeit für den Erhalt der Durchfluss.

Quantitative Analyse von Thermogravimetrie-Masse-Spektrumanalyse für Reaktionen mit weiterentwickelten Gasen

Dieses Protokoll beschreibt einen einzigen Durchsatz für ergänzende analytische und Omics Techniken, die ihren Höhepunkt in einer voll gepaart Charakterisierung von natürlichen organischen Stoffen und mikrobielle Proteomics in verschiedenen Ökosystemen. Dieser Ansatz ermöglicht die robuste Vergleiche zur Identifizierung von Stoffwechselwegen und Transformationen für Treibhausgasproduktion Beschreibung und Vorhersage Reaktionen auf Veränderungen der Umwelt wichtig.

Single-Durchsatz ergänzende hochauflösende Analysetechniken für die Charakterisierung von komplexen natürlichen organischen Substanz Mischungen

Die systemweite Analyse mehrerer Biomoleküle ist entscheidend, um funktionelle und mechanistische Einblicke in biologische Prozesse zu gewinnen. Dabei wird ein umfangreiches Protokoll zur Hochdurchsatzextraktion von Lipiden, Metaboliten, Proteinen und Stärke aus einer einzigen Probe beschrieben, die aus synchronisierter Chlamydomonas-Kultur geerntet wird.

Eine Multi-Omics Extraktionsmethode für die In-Depth-Analyse synchronisierter Kulturen der Grünen Alga Chlamydomonas reinhardtii

Es wird ein Protokoll beschrieben, um das Kohlendioxid im Rauchgas von Erdgaskraftwerken zu nutzen, um Mikroalgen in offenen Laufsteichen zu kultivieren. Die Rauchgasinjektion wird mit einem pH-Sensor gesteuert, und das Wachstum von Mikroalgen wird mit Echtzeitmessungen der optischen Dichte überwacht.

Kopplung der Kohlenstoffabscheidung aus einem Kraftwerk mit halbautomatischen offenen Laufsteichen für die Mikroalgenzucht

Hier stellen wir die Extraktion und Präparation von polaren und semipolaren Metaboliten aus einem Korallenholobionten, sowie getrenntem Korallenwirtsgewebe und Symbiodiniaceae-Zellfraktionen für die gaschromatographische Massenspektrometrie-Analyse vor.

Gaschromatographie-Massenspektrometrie-basierte gezielte Metabolomik von Hartkorallenproben

Luftverschmutzung wirkt sich auf die Lebensqualität aller Organismen aus. Hier beschreiben wir den Einsatz der Mikroalgen-Biotechnologie zur Aufbereitung von Biogas (gleichzeitige Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff) und die Produktion von Biomethan durch semi-industrielle offene Hochraten-Algenteiche und die anschließende Analyse der Aufbereitungseffizienz, des pH-Werts, des gelösten Sauerstoffs und des Mikroalgenwachstums.

Biogasreinigung durch den Einsatz eines Mikroalgen-Bakterien-Systems in semi-industriellen Hochstrom-Algenteichen

Eine Methode zur metabolomischen Analyse von Gerste wird vorgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Fraktionierung und Derivatisierung von Metaboliten und deren Analyse mittels Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/MS). Die metabolomische Analyse kann verwendet werden, um die Auswirkungen von Zwischenfruchtanbau und Trockenstress auf das Getreide zu bestimmen.

Metabolomische Analyse von Gerste mittels Gaschromatographie/Massenspektrometrie

Erfahren Sie die qualitative Charakterisierung wässriger Fraktionen aus der hydrothermalen Verflüssigung von Algen mittels zweidimensionaler Gaschromatographie und Flugzeitmassenspektrometrie. Diese Methode verbessert Peakkapazität und Auflösung für Biorefinerien.

Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry (Video) | JoVE Journal

Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry

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