Caracterización compuesta de nitrógeno en combustibles por cromatografía multidimensional de gases

Este es un método para la caracterización detallada de especies de nitrógeno en combustible a reacción y diésel. Permite al usuario generar información compuesta a nivel de clase sobre la distribución de nitrógeno dentro de un combustible, lo que puede proporcionar una mayor visión del comportamiento y el rendimiento del combustible. Este método utiliza instrumentación rentable y disponible comercialmente, permite la cuantificación de un único estándar y requiere una preparación limitada de la muestra.

Una columna GC secundaria debe estar en bucle dentro del modulador. Y si no está perfectamente alineada, la cromatografía sería inútil, así que tómate tu tiempo para alinearla. Antes de comenzar un experimento, realice los estándares de calibración indicados y añada un mililitro de cada estándar en viales de cromatografía de gases individuales.

Para la instalación de la columna, coloque primero una columna primaria de 30 metros en el horno de cromatografía de gases y conecte la columna a la entrada sin división. Corte 2,75 metros de la columna secundaria y utilice una pluma Wite-Out para colocar una marca en la columna en 0,375 y 1,375 metros. Coloque la columna secundaria en el soporte de columna del modulador Zoex y utilice las marcas como guías para crear un bucle de un metro dentro del soporte.

Utilice una microondión para conectar el extremo más corto de la columna secundaria a la columna principal. Para comprobar si la conexión es correcta, encienda el flujo de gas e inserte el extremo abierto de la columna en un vial de metanol. Una conexión exitosa puede ser confirmada por la presencia de burbujas.

Coloque el soporte de columna en el modulador y ajuste los bucles según sea necesario para que se alineen correctamente con los chorros fríos y calientes. A continuación, inserte el otro extremo de la columna en el quemador de detección de quimiminiscencia de nitrógeno y encienda todos los quemadores y flujos de gas para asegurarse de que no haya fugas. En el software informático, establezca los parámetros del instrumento como se indica en la tabla.

Ajuste la temperatura inicial del horno a 60 grados centígrados con una velocidad de rampa de cinco grados Centígrados por minuto a 160 grados centígrados. Cuando el horno alcance la temperatura objetivo, cambie la velocidad de rampa a cuatro grados Celsius por minuto hasta que el horno alcance los 300 grados Centígrados, con un tiempo de ejecución total de 55 minutos por muestra. Ajuste la temperatura del chorro caliente a 100 grados Centígrados más alto que la temperatura del horno en cualquier momento.

A continuación, ajuste el nitrógeno líquido auxiliar Dewar conectado al cromatógrafo de gases para permanecer entre 20 y 30% lleno durante la carrera. Para calibrar el cromatógrafo de gases, coloque los viales de muestra de cromatografía de gases que contienen los estándares de carbazole preparados en el instrumento y cargue el método configurado previamente en el software de cromatografía de gases. Cree una secuencia que alicumente el espacio en blanco al principio del análisis, seguido de los estándares de carbazole preparados mediante el aumento de la concentración.

Una vez completado el análisis del conjunto estándar de calibración, utilice el software de imagen de cromatografía de gases para cargar cada cromatograma, corregir el fondo y detectar cada pico o blob de carbazole. En un programa de hoja de cálculo, trace la respuesta del volumen de blobs con respecto a la concentración de nitrógeno de cada estándar de calibración para crear una curva de calibración. La línea de tendencia de la curva debe tener una R al cuadrado mayor o igual que 0,99.

Para analizar las muestras, coloque los viales de la muestra de cromatografía de gases en la bandeja del muestreador automático y cargue el método configurado previamente. Cree una secuencia que tenga un espacio en blanco al principio y después de cada cinco muestras para limitar cualquier acumulación de combustible dentro de las columnas. A continuación, compruebe que hay suficiente nitrógeno líquido disponible en el Dewar para el modulador y que todos los parámetros del instrumento están en modo listo antes de iniciar la secuencia.

Para analizar los datos de la muestra, abra el cromatograma de interés en el software de imagen de cromatografía de gases para el análisis de datos y realice una corrección de fondo. Para detectar blobs, establezca los parámetros de filtro en un área mínima de 25, un volumen mínimo de cero y un pico mínimo de 25. Utilice la función de plantilla Imagen de cromatografía de gases para crear o cargar una plantilla en las clases compuestas de nitrógeno de grupo adecuadas en función de los tiempos de elución de los estándares conocidos.

Cuando se hayan agrupado todos los compuestos, exporte la tabla de conjuntos de blobs en un programa de hoja de cálculo y utilice la suma, el volumen de todos los blobs y picos dentro de cada grupo de clases compuestas y la ecuación de calibración para calcular la concentración en partes por millón para los compuestos de nitrógeno de cada grupo. Carbazole elue aproximadamente 33 minutos de la columna primaria y a dos segundos de la columna secundaria. No hay cola, y la respuesta estándar está fuera del ruido.

Aquí, se muestra una cromatografía de gases bidimensional y un cromatograma de detección de quimiminiscencia de nitrógeno con un estándar de carbazole y la tabla de manchas resultante. Como se ha observado, hay dos blobs detectados que no están dentro del tiempo de elución de carbazole que se excluyen de la tabla de blobs. En estas figuras, se muestra un cromatograma típico obtenido utilizando este método en una muestra de combustible diesel y una muestra de combustible de jet.

Típicamente, el combustible para aviones tiene menos compuestos de nitrógeno a concentraciones más bajas que el combustible diesel, que se puede observar claramente al comparar los dos cromatogramas. Por el contrario, en esta medición de la muestra fallida, el tiempo de modulación era incorrecto para la temperatura del horno, lo que resultaba en un envoltorio en la columna. En esta medición de muestra con errores, se produjo un efecto de rayado de los blobs debido a que los compuestos se conservan en la columna durante demasiado tiempo y destruyen cualquier separación compuesta.

Las normas se pueden utilizar para determinar los grupos asociados con cada clase compuesta de nitrógeno, por ejemplo, como se ilustra en esta figura. También se puede realizar un método similar de detección de quimiluminiscencia de azufre GC-by-GC con el fin de proporcionar aún más información sobre el contenido heteroatómico en el combustible. Este método permite a los químicos de combustible explorar el impacto de compuestos específicos de nitrógeno en la estabilidad y el rendimiento del combustible más allá de una medición total típica de nitrógeno.

Tanto las muestras de combustible como los disolventes son inflamables, y el instrumento se calienta mucho. Asegúrese de usar equipo de protección personal y no toque el instrumento a menos que esté fresco.