Stickstoff-Compound-Charakterisierung in Kraftstoffen durch mehrdimensionale Gaschromatographie

Dies ist eine Methode zur detaillierten Charakterisierung von Stickstoffarten in Düsen- und Dieselkraftstoff. Es ermöglicht einem Benutzer, Informationen auf Klassenebene über die Verteilung von Stickstoff innerhalb eines Kraftstoffs zu generieren, was einen besseren Einblick in das Kraftstoffverhalten und die Leistung bieten kann. Diese Methode verwendet kosteneffiziente, kommerziell erhältliche Instrumentierung, ermöglicht die Quantifizierung von einem einzigen Standard und erfordert eine begrenzte Probenvorbereitung.

Eine sekundäre GC-Säule muss innerhalb des Modulators in eine Schleife geschleift werden. Und wenn es nicht perfekt ausgerichtet ist, wäre die Chromatographie nutzlos, also nehmen Sie sich einfach Zeit, um sie auszurichten. Führen Sie vor Beginn eines Experiments die Kalibrierstandards wie angegeben aus, und fügen Sie einen Milliliter jedes Standards in einzelne Gaschromatographie-Fläschchen ein.

Für die Säuleninstallation zuerst eine 30-Meter-Primärsäule in den Gaschromatographie-Ofen legen und die Säule mit dem splitless Einlass verbinden. Schneiden Sie 2,75 Meter der sekundären Säule, und verwenden Sie einen Wite-Out-Stift, um eine Markierung auf der Säule bei 0,375 und 1.375 Meter zu platzieren. Platzieren Sie die sekundäre Spalte in den Säulenhalter des Zoex-Modulators, und verwenden Sie die Markierungen als Hilfsmittel, um eine Ein-Meter-Schleife innerhalb des Halters zu erstellen.

Verwenden Sie eine Mikrounion, um das kürzere Ende der sekundären Spalte mit der primären Spalte zu verbinden. Um eine erfolgreiche Verbindung zu überprüfen, schalten Sie den Gasstrom ein und legen Sie das offene Ende der Säule in eine Durchstechflasche mit Methanol ein. Eine erfolgreiche Verbindung kann durch das Vorhandensein von Blasen bestätigt werden.

Legen Sie den Säulenhalter in den Modulator und stellen Sie die Schlaufen nach Bedarf so ein, dass sie sich mit den kalten und heißen Düsen richtig anlegen. Legen Sie dann das andere Ende der Säule in den Stickstoffchemilumineszenz-Erkennungsbrenner ein und schalten Sie alle Brenner und Gasströme ein, um sicherzustellen, dass es keine Leckagen gibt. Legen Sie in der Computersoftware die in der Tabelle angegebenen Geräteparameter fest.

Stellen Sie die anfängliche Ofentemperatur auf 60 Grad Celsius mit einer Rampenrate von fünf Grad Celsius pro Minute auf 160 Grad Celsius ein. Wenn der Ofen die Zieltemperatur erreicht, ändern Sie die Rampenrate auf vier Grad Celsius pro Minute, bis der Ofen 300 Grad Celsius erreicht, mit einer Gesamtlaufzeit von 55 Minuten pro Probe. Stellen Sie die Temperatur des Heißstrahls zu einem beliebigen Zeitpunkt auf 100 Grad Celsius über der Ofentemperatur ein.

Stellen Sie dann den mit dem Gaschromatographen verbundenen Hilfsflüssigkeitsstickstoff Dewar ein, um während des Laufs zwischen 20 und 30 % voll zu bleiben. Um den Gaschromatographen zu kalibrieren, legen Sie die Gaschromatographie-Probenfläschchen mit den vorbereiteten Carbazol-Standards in das Gerät und laden Sie die zuvor konfigurierte Methode in die Gaschromatographie-Software. Erstellen Sie eine Sequenz, die den Rohling zu Beginn der Analyse aliquotiert, gefolgt von den vorbereiteten Carbazol-Standards durch Erhöhung der Konzentration.

Sobald die Analyse des Kalibrierstandards abgeschlossen ist, verwenden Sie die Software Gaschromatographie-Bild, um jedes Chromatogramm zu laden, den Hintergrund zu korrigieren und jede Carbazol-Spitze oder jeden Blob zu erkennen. Zeichnen Sie in einem Tabellenkalkulationsprogramm die Blobvolumenantwort mit der Stickstoffkonzentration jedes Kalibrierstandards, um eine Kalibrierungskurve zu erstellen. Die Trendlinie der Kurve sollte ein R-Quadrat von größer oder gleich 0,99 haben.

Um die Proben zu analysieren, legen Sie die Gaschromatographie-Probenfläschchen in die Autosampler-Schale, und laden Sie die zuvor konfigurierte Methode. Erstellen Sie eine Sequenz, die am Anfang und nach fünf Proben einen Leerling enthält, um die Anhäufung von Kraftstoff innerhalb der Spalten zu begrenzen. Stellen Sie dann sicher, dass im Dewar genügend flüssiger Stickstoff für den Modulator verfügbar ist und dass sich alle Geräteparameter im Bereitschaftsmodus befinden, bevor Sie die Sequenz starten.

Um die Beispieldaten zu analysieren, öffnen Sie das Chromatogramm, das für die Software Gaschromatographie-Bild für die Datenanalyse von Interesse ist, und führen Sie eine Hintergrundkorrektur durch. Um Blobs zu erkennen, legen Sie die Filterparameter auf eine minimale Fläche von 25, ein minimales Volumen von Null und einen minimalen Spitzenwert von 25 fest. Verwenden Sie die Vorlagefunktion Gaschromatographie-Bild, um eine Vorlage basierend auf den Elutionszeiten der bekannten Standards in die entsprechenden Stickstoffverbundklassen der entsprechenden Gruppe zu erstellen oder zu laden.

Wenn alle Verbindungen gruppiert wurden, exportieren Sie die Tabelle Blob set in ein Tabellenkalkulationsprogramm, und verwenden Sie die Summe, das Volumen aller Blobs und Peaks innerhalb jeder zusammengesetzten Klassengruppe und die Kalibrierungsgleichung, um die Konzentration in Teilen pro Million für die Stickstoffverbindungen in jeder Gruppe zu berechnen. Carbazol erliiert etwa 33 Minuten von der Primärsäule und zwei Sekunden von der sekundären Spalte. Es gibt keine Abschweifung, und die Standardantwort ist außerhalb des Rauschens.

Hierwerden wird eine zweidimensionale Gaschromatographie und Stickstoffchemilumineszenzdetektionschromatogramm mit Carbazol-Standard und der resultierenden Blobtabelle gezeigt. Wie beobachtet, gibt es zwei erkannte Blobs, die sich nicht innerhalb der Carbazol-Elutionszeit befinden und aus der Blobtabelle ausgeschlossen sind. In diesen Abbildungen wird ein typisches Chromatogramm dargestellt, das mit diesem Verfahren auf einer Dieselkraftstoffprobe und einer Düsenkraftstoffprobe gewonnen wird.

Typischerweise hat Düsenkraftstoff weniger Stickstoffverbindungen in niedrigeren Konzentrationen als Dieselkraftstoff, was beim Vergleich der beiden Chromatogramme deutlich zu beobachten ist. Im Gegensatz dazu war bei dieser fehlgeschlagenen Probenmessung die Modulationszeit für die Ofentemperatur falsch, was zu einer Umhüllung in der Säule führte. Bei dieser fehlgeschlagenen Probenmessung trat eine streakierende Wirkung der Blobs auf, da die Verbindungen zu lange auf der Säule zurückgehalten wurden und jede zusammengesetzte Trennung zerstört wurde.

Standards können verwendet werden, um die Gruppen zu bestimmen, die jeder Stickstoffverbindungsklasse zugeordnet sind, z. B. wie in dieser Abbildung dargestellt. Eine ähnliche GC-by-GC-Schwefelchemilumineszenzdetektionsmethode kann ebenfalls durchgeführt werden, um noch mehr Informationen über den heteroatomischen Gehalt im Brennstoff zu liefern. Diese Methode ermöglicht es Kraftstoffchemikern, die Auswirkungen spezifischer Stickstoffverbindungen auf die Kraftstoffstabilität und -leistung jenseits einer typischen Gesamtstickstoffmessung zu untersuchen.

Sowohl die Kraftstoffproben als auch die Lösungsmittel sind entzündlich, und das Gerät wird extrem heiß. Achten Sie darauf, persönliche Schutzausrüstung zu tragen, und berühren Sie das Instrument nicht, es sei denn, es ist kühl.