Caracterización cualitativa de la fracción acuosa de hidrotérmico Licuefacción de algas mediante 2D cromatografía de gases con espectrometría de masas de tiempo de vuelo

El objetivo general de este método de adquisición de datos de cromatografía de gases 2D es caracterizar los subproductos acuosos obtenidos de la licuefacción hidrotermal, o HTL, de algas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de los biocombustibles, como la identificación de las especies orgánicas que se reportan a la fase acuosa durante la hidrodinámica de las algas. La principal ventaja de esta técnica es que mejora la capacidad máxima, la resolución y una amplia recopilación de compuestos químicos.

Este método es importante para generar datos para las biorrefinerías, que producen volúmenes considerables de aguas residuales que deben tratarse o procesarse posteriormente para convertirlas en combustibles y productos químicos. Este método puede proporcionar datos de caracterización que no se pueden producir a partir de otras técnicas analíticas, como la cromatografía de gases unidimensional o la cromatografía líquida. La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando analizábamos mezclas orgánicas muy complejas procedentes de procesos de producción de biocombustibles.

Utilice un cromatógrafo de gases equipado con un modulador de base de enfriamiento de doble etapa de cuatro chorros y un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo para estos experimentos. Configure el muestreador automático para inyectar un microlitro de cada muestra o patrón en el cromatógrafo de gases o GC. Utilice un diseño de bloques aleatorios de muestras e inyecciones estándar para la secuencia del muestreador automático, como se describe en la literatura. Asegúrese de que ambos bordes de las columnas primaria y secundaria estén cortados en línea recta sin bordes afilados.

A continuación, conecte las columnas primaria y secundaria mediante un conector apretado a presión antes del modulador. Asegúrese de que el revestimiento de vidrio, la junta tórica del revestimiento antiadherente y el iniciador para el inyector de GC sean nuevos y estén libres de contaminación. A continuación, coloque un salvaje en la columna de GC y conecte la columna principal al inyector de GC de modo que queden cinco milímetros de columna dentro del inyector.

Utilice ferales de línea de transferencia de un dieciseisavo de pulgada y 0,5 milímetros de diámetro interior para conectar la columna secundaria y la línea de transferencia. Coloque una porción de 0,2 metros de la columna secundaria en la línea de transferencia. Asegúrese de que una porción de 0,1 metros de la columna secundaria esté en el modulador.

Utilice gas helio de ultra alta pureza como gas portador para GC a un caudal de 1,5 mililitros por minuto. Asegúrese de que haya suficiente nitrógeno líquido en el dewar, que actúa como refrigerante en el modulador, leyendo el nivel de nitrógeno líquido utilizando un manómetro conectado a la salida del dewar. Una lectura de 69 kilopascales del manómetro indica que el dewar está lleno, mientras que cero kilopascales indica que está vacío.

Asegúrese de que no haya fugas importantes en el instrumento. Si la lectura del vacuómetro del TOF-MS es superior a 2,7 veces 10 elevado a la quinta pascales negativa para un caudal de columna de GC de 1,5 mililitros por minuto, esto indica una fuga importante en el sistema. Configure el control de calidad o el método de control de calidad y ejecute el protocolo de ajustes del sistema de adquisición incorporado para lograr la máxima respuesta de la señal utilizando el protocolo del fabricante.

A continuación, ejecute los protocolos de optimización de instrumentos incorporados del método de control de calidad. En serie, ejecute pruebas de enfoque de filamento, enfoque óptico iónico y calibración de masa utilizando el protocolo del fabricante. Asegúrese de que la prueba de calibración de masa supere.

Este método de control de calidad garantiza que todos los parámetros de hardware del instrumento estén en un nivel óptimo. El instrumento debe estar libre de fugas. Este es un aspecto importante de este procedimiento.

Se debe realizar una nueva verificación utilizando el protocolo del fabricante. Analice el informe de verificación de fugas generado verificando la concentración relativa de iones específicos con el estándar interno. Para determinar el período de modulación óptimo del modulador, seleccione arbitrariamente un período de modulación largo e inyecte una muestra como antes.

Identifique el tiempo de retención en la segunda dimensión de la gráfica de contorno, después del cual no se eluyen picos. Seleccione el tiempo de retención de segunda dimensión identificado como el período de modulación óptimo. Aumente el período de modulación y vuelva a realizar el análisis si se observa envolvente.

Los fenómenos de envoltura ocurren si los picos en la segunda dimensión eluyen por debajo de la línea de base de la primera dimensión, como se muestra en este gráfico de contorno. Repita estos pasos hasta que se determine el valor óptimo. La configuración utilizada en este estudio es única e importante.

Esta combinación no se utilizó previamente para analizar fracciones acuosas a partir de conversiones de biomasa. Instale una columna capilar polar como columna principal. Instale una columna capilar no polar como columna secundaria.

Utilice gas helio de ultra alta pureza como gas portador para GC a un caudal de 1,5 mililitros por minuto. Ajuste el inyector GC a una temperatura de 260 grados Celsius y una relación de división de uno a 250. Configure un programa de temperatura para la columna primaria que comience con una temperatura constante de 40 grados Celsius durante 0,2 minutos, seguido de una rampa de temperatura a 260 grados Celsius a cinco grados Celsius por minuto, seguido de una temperatura constante de 260 grados Celsius durante cinco minutos.

Mantenga la temperatura del modulador cinco grados Celsius más alta que la de la columna secundaria y la temperatura de la columna secundaria cinco grados Celsius más alta que la de la columna primaria. Utilice un período de modulación óptimo de cuatro segundos con 0,8 segundos de pulso caliente y 1,2 segundos de pulso frío, como se determinó anteriormente. Luego, ajuste la temperatura de la línea de transferencia a 270 grados Celsius.

A continuación, establezca el retardo de adquisición o el retardo del disolvente en cero segundos. Establezca el rango inferior y superior de masa sobre carga en 35 y 800, luego configure la velocidad de adquisición del detector MS en 400 espectros por segundo. Mantenga el voltaje del detector MS a 150 voltios más alto que el valor optimizado.

Finalmente, mantenga la temperatura de la fuente de iones MS a 225 grados Celsius. Realizar el procesamiento de datos utilizando el software suministrado por el fabricante del instrumento. En el método de análisis de datos, seleccione calcular línea base, buscar picos por encima de la línea base, buscar en la biblioteca y calcular el área y la altura.

Realice un seguimiento de la línea base a través del archivo de datos. Introduzca el desplazamiento de línea base como 0,5 y, a continuación, introduzca el ancho de pico esperado de 15 segundos en la primera dimensión y de 0,15 segundos en la segunda dimensión. Establezca la relación señal-ruido en 5000 y los valores de similitud superiores a 850 para la identificación de compuestos.

Seleccione una biblioteca de espectros de masas disponible comercialmente para identificar los compuestos químicos presentes en las muestras y establezca el modo de búsqueda de la biblioteca en reenvío. Procese los archivos de datos con este método de análisis de datos utilizando el protocolo del fabricante. Requiere al menos una hora para procesar el archivo de datos.

Aquí se muestra un cromatograma iónico total obtenido para la fracción acuosa de biocrudo de algas, analizado con una combinación de columna de polares y no polares. Se observaron oxigenados y ácidos orgánicos en el agua de algas HTL. Además de oxigenar, la fase acuosa tiene compuestos que contienen nitrógeno, como piridina, pirazina, acetamidas, succinimida y sus alquilderivados.

Presumiblemente, estos compuestos son los productos de degradación de proteínas y carbohidratos en la biomasa de algas. Aquí se muestran los valores de similitud y el tiempo de retención de los compuestos químicos presentes en el agua de algas HTL, utilizando una combinación de columna de polares y no polares en forma de tabla. Los picos de alta intensidad identificados en el diagrama de contorno para la fracción acuosa de biocrudo de algas se validaron mediante el análisis de estándares.

Los patrones que contenían ácidos orgánicos y compuestos finales se prepararon y analizaron en cromatografía de gases 2D con espectrometría de masas de tiempo de vuelo. También se analizó la fracción acuosa del biocrudo de algas con la combinación convencional de columna no polar y polar, que fue ampliamente utilizada en la literatura. Como se muestra aquí, los ácidos orgánicos y los compuestos finales presentes en la fracción acuosa de las algas eluyen biocrudamente con más de un pico.

Los valores de similitud y el tiempo de retención de estos compuestos químicos se enumeran en forma de tabla. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo analizar las muestras acuosas mediante cromatografía de gases bidimensional equipada con espectrometría de masas. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de los biocombustibles analizaran el flujo acuoso de subproductos obtenidos a partir de conversiones bioquímicas, termoquímicas y termocatalíticas de biomasa.

Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como la cromatografía de gases unidimensional y la cromatografía líquida para responder a preguntas adicionales como la determinación cuantitativa de la concentración de compuestos químicos no identificados. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que los no volátiles, los compuestos altos y las sales inorgánicas no se pueden analizar utilizando esta configuración de instrumento.