Name: Caractérisation qualitative de la fraction aqueuse de hydrothermale Liquéfaction dalgues Utilisation 2D chromatographie en phase gazeuse avec le temps de vol Spectrométrie de masse (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Découvrez la chromatographie gazeuse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol pour caractériser la fraction aqueuse de bio-pétrole d'algues. Cette méthode améliore la capacité de pics et la résolution pour les bioraffineries.

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Ce manuscrit a été rédigé par Battelle Memorial Institute sous contrat No. DE-AC05-76RL01830 avec le Département américain de l&#39;énergie. Le gouvernement américain conserve et l&#39;éditeur, en acceptant l&#39;article pour publication, reconnaît que le gouvernement des États-Unis conserve une non-exclusive, versé, irrévocable, licence mondiale de publier ou de reproduire le formulaire publié de ce manuscrit, ou permettre à d&#39;autres de le faire ainsi, à des fins du gouvernement américain.

Préparation 1. Echantillon <ol><li> Générer un flux mixte aqueux / organique produit par HTL flux continu d&#39;algues selon la conception du réacteur et procédure expérimentale dans la littérature 10,11. </li><li> Utiliser un séparateur par gravité pour séparer le courant de produit en une phase aqueuse et une phase organique. </li><li> Filtre 10 ml de la phase aqueuse de HTL à l&#39;aide d&#39;un filtre à seringue de 0,45 um et stocker dans un réfrigérateur maintenu à 4 ° C pour GC × analyse GC-TOF-MS. </li></ol> 2. Composants Instrument <ol><li> Utilisez un chromatographe en phase gazeuse (GC) équipé d&#39;une base de refroidissement-modulateur quad-jet à double étage et le temps de vol (TOF) spectromètre de masse (MS) pour ces expériences. </li><li> Configurer l&#39;auto-échantillonneur pour injecter 1 pi de chaque échantillon ou d&#39;étalon dans la GC. Utilisez une conception de blocs aléatoires de l&#39; échantillon et les injections standards pour la séquence d&#39; auto-échantillonneur tel que décrit dans la littérature 13. Le randomiconception de bloc zed est couramment utilisé dans les études quantitatives pour contrôler le fonctionnement de l&#39;instrument. Notre laboratoire utilise la conception même régulièrement dans les études comparatives pour vérifier le fonctionnement de l&#39;instrument. </li><li> Connecter la colonne primaire et secondaire en utilisant un connecteur de presse étanche avant le modulateur. Veiller à ce que les deux bords des deux colonnes primaires et secondaires sont coupés droit sans arêtes vives avant de brancher le connecteur de presse étanche. </li><li> Placer la bague sur colonne GC, puis connecter colonne principale à l&#39;injecteur de telle sorte que GC 5 mm de colonne à l&#39;intérieur de l&#39;injecteur. </li><li> Assurez-vous que revêtement de verre, non-stick revêtement joint torique et septa pour injecteur de GC sont nouveaux et exempt de contamination. </li><li> Utilisez 1/16 x 0,5 mm viroles de ligne de transfert d&#39;ID pour connecter la ligne de colonne et le transfert secondaire. Placer une portion de 0,2 m de la colonne secondaire dans la ligne de transfert. </li><li> Veiller à ce qu&#39;une portion de 0,1 m de la colonne secondaire dans le modulateur. </li><li> Utilisez ultravide la pureté de l&#39;héliumgaz comme gaz porteur pour GC à un débit de 1,5 ml min -1 d&#39;écoulement. </li><li> Assurer qu&#39;il y a de l&#39;azote liquide suffisante dans le Dewar qui agit comme réfrigérant dans le modulateur. Le niveau de l&#39;azote liquide dans le Dewar peut être prédite à l&#39;aide d&#39;un manomètre fixé à sa sortie. A 69 kPa lecture de la jauge de pression indique que le Dewar est plein, tandis que 0 kPa indique qu&#39;il est vide. </li></ol> 3. Protocoles Avant l&#39;analyse des échantillons <ol><li> Assurez-vous qu&#39;il n&#39;y a pas de fuites importantes dans l&#39;instrument. Si la lecture de la jauge à vide du TOF-MS est supérieur à 2,7 × 10 -5 Pa pendant 1,5 ml Débit de la colonne GC min -1, cela indique une fuite importante dans le système. </li><li> Mise en place de la méthode de contrôle de qualité (QC) et exécuter en construction protocole &#39;acquisition des ajustements du système de pour obtenir une réponse maximale du signal en utilisant le protocole du fabricant. </li><li> Exécuter en construction protocoles &#39;optimisation de l&#39;instrument »de QC méthode, en série - Filamfocus ent, l&#39;ion accent optique et des tests d&#39;étalonnage de masse en utilisant le protocole du fabricant. Assurez-vous que test d&#39;étalonnage de masse passe. Cette méthode de contrôle qualité garantit que tous les paramètres matériels de l&#39;appareil sont à un niveau optimal. </li><li> Effectuer un «contrôle de fuite&quot; en utilisant le protocole du fabricant. Analyser génère automatiquement le rapport de vérification de fuite. Faire en sorte que la concentration relative de 28 (N 2), 32 (O 2) et 18 (humidité) les ions doivent être inférieures à moins de 10%, 3% et 5% de spectres de masse étalon interne de 69 ions, respectivement. </li><li> Réglez le TOF-MS en utilisant le protocole du fabricant. </li><li> Méthode d&#39;exécution de contrôle de qualité, ainsi que TOF-MS protocole de hauteur avant et après vérification de fuite ainsi que lors de l&#39;analyse des échantillons et des normes. </li></ol> 4. Protocole pour déterminer l&#39;Optimum Modulation Période de Modulator <ol><li> Sélectionner arbitrairement une longue période de modulation (par exemple , 10 secondes ou 13 secondes). Injecter un échantillon tel que décrit dans 2.2. </li><li&gt; Identifier le temps de rétention dans la deuxième dimension de la parcelle de contour après quoi aucun pic élué. Sélectionnez identifié deuxième temps de rétention de dimension que la période de modulation optimale. Figure 2 clairement élucider l&#39;identification des temps de rétention dans la deuxième dimension du tracé de contour. </li><li> Augmenter la période de modulation utilisée à l&#39; étape 4.1 et effectuer l&#39;analyse à nouveau si &quot;wrap around&quot; est observé 18. Enrouler autour de phénomènes se produit si les pics dans la deuxième dimension élué en dessous de la ligne de base de première dimension. Exemple tracé de contour pour &#39;enveloppant&#39; est indiqué dans les informations supplémentaires Figure 3. </li><li> Répétez les étapes 4.2 et 4.3 jusqu&#39;à ce que la valeur optimale est déterminée. </li></ol> 5. expérimentales Paramètres Instrument Set-up <ol><li> Installer une polaire (60 mx 0,25 mm x 0,5 um d&#39;épaisseur de film) de la colonne capillaire comme la colonne primaire et un non-polaire (2,3 mx 0,25 mm x 0,5 um d&#39;épaisseur de film) capillacolonne comme la colonne secondaire ry. Cuire à la fois la colonne primaire et secondaire pendant au moins 2 heures pour éliminer les traces d&#39;humidité, l&#39;air et les contaminants associés aux nouvelles colonnes GC. </li><li> Utilisez ultravide gaz pureté de l&#39; hélium comme gaz porteur pour GC à un débit de 1,5 ml min -1 d&#39;écoulement. </li><li> Régler l&#39;injecteur de GC à une température de 260 ° C et un rapport de division de 1: 250. </li><li> Utiliser le programme suivant de température pour la colonne principale: une température constante de 40 ° C pendant 0,2 min suivie d&#39;une rampe de température de 260 ° C à 5 ° C min -1, suivie d&#39;une température constante de 260 ° C pendant 5 min. </li><li> Maintenir le modulateur de température 5 ° C supérieure à celle de la colonne secondaire et la température de la colonne secondaire à 5 ° C supérieure à celle de la colonne primaire. </li><li> Utilisez une période de modulation optimale de 4 sec avec 0,8 sec d&#39;impulsion chaude et 1,2 sec d&#39;impulsion froid. Cette valeur est déterminée sur la base du protocole décrit dans section 4. </li><li> Réglez la température de la ligne de transfert à 270 ° C. </li><li> Définissez le délai d&#39;acquisition ou d&#39;un retard de solvant à 0 sec. </li><li> Définissez la plage inférieure et supérieure de m / z comme 35 et 800, respectivement. </li><li> Régler la vitesse d&#39;acquisition du détecteur MS à 400 spectres / sec. </li><li> Maintenir la tension du détecteur MS à 150 V supérieure à la valeur optimale. </li><li> Maintenir la température de la source MS ion à 225 ° C. </li></ol> Analyse 6. Données <ol><li> Effectuer le traitement des données à l&#39;aide du logiciel fourni par le fabricant de l&#39;instrument. </li><li> Sélectionnez les tâches suivantes dans la méthode d&#39;analyse de données - Calcul de base, trouver des pics au-dessus de la ligne de base, la recherche de la bibliothèque et calculer sont / hauteur. </li><li> Suivre la ligne de base dans le fichier de données. Saisissez la ligne de base offset 0,5. Entrer attendue largeur de pic de 15 secondes dans la première dimension et 0,15 seconde dans la seconde dimension. </li><li> Régler rapport signal-bruit 5000 et similitude des valeurs de&gt; 850 pour identification de composés. </li><li> Sélectionnez une bibliothèque de spectre de masse disponible dans le commerce pour identifier des composés chimiques présents dans des échantillons et régler le mode de recherche de bibliothèque de transmettre. </li><li> Traiter les fichiers de données en utilisant cette méthode d&#39;analyse de données en utilisant le protocole du fabricant. Il faut au moins 1 heure pour traiter un fichier de données. </li></ol>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Les résultats montrent clairement la capacité de la combinaison de la colonne de × polaire non polaire pour résoudre les composés polaires et volatiles légers présents dans la fraction aqueuse d&#39;algues bio-brut sans les techniques de préparation des échantillons avant. Drastic traînée de pic a été observé pour les acides organiques et composés azotés tout en utilisant la combinaison non polaire colonne polaire ×. Ce pic tailing n&#39;a pas été observée pour les premières organiques légères élution. Ce comportement a...

La croissance soutenue de la demande pour les combustibles liquides, les ressources en combustibles fossiles finis, l&#39; incertitude de l&#39; approvisionnement en combustibles fossiles et les préoccupations sur la concentration croissante des gaz à effet dans l&#39;atmosphère ont augmenté la sensibilisation mondiale pour les ressources renouvelables 1. L&#39; énergie solaire (y compris l&#39; énergie photovoltaïque et solaire thermique), l&#39; énergie éolienne, l&#39; hydroélectricité, la géothermie et la biomasse sont les sources renouvelables primaires qui pourraient remplacer l&#39; énergie fossile dérivé 2. Parmi ceux - ci, la biomasse est la seule ressource d&#39;énergie alternative à base de carbone pour la production de carburants de transport liquides et à forte valeur ajoutée des produits chimiques 3. La biomasse comprend toute matière organique comme les ressources forestières, les résidus agricoles, les algues, les oléagineux, les déchets solides municipaux et des déchets industriels riches en carbone (par exemple de l&#39; industrie du papier ou de la transformation des aliments) 1. La biomasse est classée en deux grandes catégories: les matières premières lignocellulosiques et non ligneuses sur la base de comles caractéristiques de position. La biomasse lignocellulosique est constitué d&#39;hydrates de carbone et de la lignine, tandis que les matières premières non ligneuses ont des protéines, des glucides et des lipides / huiles 4. Matières premières lignocellulosiques, dérivés de plantes terrestres, ne peut satisfaire 30% du carburant courant liquide (essence, carburéacteur et diesel) demande si durablement cultivées et récoltées 5,6. matières premières potentielles Par conséquent, les micro-organismes aquatiques non ligneuses, comme les microalgues et les champignons, sont considérés pour la production de combustibles liquides renouvelables pour compléter les ressources lignocellulosiques. Charges de microalgues ont le potentiel pour satisfaire les carburants de transport liquides actuelle exigent 7,8. Les algues présentent de nombreux avantages: productivité élevée zonale 8, la capacité de croître en basse qualité, saumâtre ou d&#39; eau de mer 9, et la capacité d&#39;accumuler des triglycérides ou des hydrocarbures 7,8 denses en énergie. Hydrothermale liquéfaction (HTL) est une co viable et évolutivenVersion procédé qui utilise l&#39; eau naturellement associée avec des charges d&#39; algues ou aquatiques 10,11. Il est un processus thermo-chimique avec des températures de fonctionnement de 250-400 ° C et de fonctionnement des pressions de 10-25 MPa qui produit un produit liquide, ou bio-brut, qui peut être mis à niveau dans un mélange de carburant stock. Bio-brut produit à partir d&#39;algues HTL a des fractions organiques et aqueuses distinctes et facilement séparables. La fraction organique des bio-brut peut être efficacement converti en une raffinerie prête pour mélange par des procédés catalytiques hydro-traitement 11. La fraction aqueuse de bio-brut contient environ 30% du total du carbone présent dans la charge d&#39;algues. Bien que des milliers de composés ont été identifiés dans le courant aqueux HTL, les fractions prédominantes sont constitués de composés oxygénés de faible poids moléculaire (y compris les acides, les alcools, les cétones et les aldéhydes) formés par la dégradation des glucides et des lipides et des hétérocycles d&#39;azote (y compris les pyrroles, les pyridines , pyrazines, et imidazoles) dérivées de la protéine décomposition 12. Les études sur l&#39;utilisation de la fraction aqueuse pour améliorer la rentabilité globale du processus ainsi que la durabilité sont en cours. Le gaz de synthèse peut être produit à partir de la fraction aqueuse d&#39;algues bio-brut via hydrothermique catalytique gazéification 10,13, 14. En variante, les composés organiques dans la fraction aqueuse peut également être catalytiquement convertis en additifs pour carburants et produits chimiques spéciaux. La recherche sur l&#39;optimisation des études catalytiques hydrothermal de gazéification et de criblage de catalyseur pour la conversion des matières organiques dans la phase liquide aqueuse est actuellement en cours au Northwest National Laboratory du Pacifique (PNNL). Pour ce travail, aussi bien qualitative que quantitative de la caractérisation de la fraction aqueuse d&#39;algues bio-brut est nécessaire. Depuis la fraction aqueuse d&#39;algues bio-brut est considéré comme un flux de déchets, il existe très peu d&#39; études qui ont analysé la fraction aqueuse d&#39;algues bio-brut 13,15. En outre, la récenteétudes ont conclu que la conversion de ce HTL l&#39; eau d&#39;algues en haute valeur bioproduits permettrait d&#39; améliorer la durabilité ainsi que l&#39; économie d&#39;une bio-raffinerie à base de HTL-11. Par conséquent, cette étude a porté sur l&#39;élaboration d&#39;une méthode pour la caractérisation qualitative de la fraction aqueuse de bio-brut obtenu à partir HTL d&#39;algues par chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de temps de vol de masse (GC × GC-TOF-MS). GC × GC-TOF-MS est la technique la plus prometteuse chromatographique analytique pour augmenter la résolution (ou la séparation de composés chimiques dans un échantillon), la capacité maximale (ie nombre de pics résolus), le rapport signal-bruit (pour l&#39; identification de composés chimiques avec une confiance élevée), et d&#39;éviter la co-élution de composés chimiques 16. Afin de maximiser la résolution, la capacité maximale, et le rapport signal à bruit, deux colonnes GC avec différentes phases stationnaires sont connectées en série au moyen d&#39;un emmanchement connector ou micro-union 17 (voir la figure 1 qui est un schéma de principe de GC × système GC-TOF-MS utilisé dans cette étude). Un modulateur est situé entre le connecteur de presse-forme et colonnes secondaires pour piéger, recentrer et ré-injecter les effluents de la colonne primaire dans la colonne secondaire 18. La modulation a lieu dans la colonne secondaire dans la présente étude , comme le montre la figure 1. La colonne secondaire est ensuite relié à la TOF-MS par l&#39; intermédiaire d&#39; un ensemble de lignes de transfert. GC × GC-TOF-MS a été utilisé précédemment pour qualitative ainsi que l&#39; analyse quantitative des échantillons biologiques tels que le pétrole brut 16,19, essence, kérosène, diesel, bio-diesel, et la fraction organique des bio-carburants 20- 22 produite à partir de thermo-chimique ainsi que la conversion thermo-catalytique traite 23,24. Pour la caractérisation de ces échantillons biologiques en GC × instruments GC-TOF-MS, une longue colonne non polaire wtelle qu&#39;elle est utilisée en tant que colonne principale, tandis qu&#39;une colonne polaire courte a été utilisée comme colonne secondaire. Cette configuration de colonne classique résout les composés chimiques basés sur les différences de volatilité au cours de la première dimension, suivie d&#39; une polarité dans la deuxième dimension 18. Échantillons aqueux ou de l&#39; eau de processus biologiques, la transformation des aliments, et les déchets environnementaux ont également été caractérisés en utilisant des configurations de colonnes similaires primaires / secondaires après que l&#39;échantillon avait été par étapes de préparation 17,25-30. Techniques de préparation des échantillons tels que dérivatisation, extraction en phase solide, et l&#39; extraction de solvant organique ont tous été utilisés avant GC × analyse GC-TOF-MS 17,27-29,31,32. Ces techniques visent à diminuer la polarité des composés dans l&#39;échantillon à analyser en utilisant une configuration de colonne classique 33. Une autre stratégie a été utilisée dans cette étude sur la base de la nature de l&#39;échantillon (composés organiques ici polaires dans l&#39;eau)en utilisant la configuration inverse primaire / secondaire de la colonne GC × analyse par GC-TOF-MS. Depuis la fraction aqueuse de bio-brut produit à partir de HTL a des composés polaires 13, une combinaison de la colonne d&#39;une colonne polaire primaire et une colonne non polaire secondaire a été utilisé dans la GC × GC-TOF-MS sans aucune préparation de l&#39; échantillon en amont. Cette combinaison de la colonne primaire / secondaire résout des composés chimiques en fonction des différences de polarité sur la première dimension, suivie par la volatilité dans la deuxième dimension. Méthodes analytiques limitées existent dans la littérature pour la caractérisation des échantillons aqueux en utilisant la chromatographie gazeuse bidimensionnelle sans traitement de l&#39; échantillon avant 15. L&#39;objectif de cette étude était de déterminer les composés chimiques présents dans la fraction aqueuse d&#39;algues bio-brut. Pour atteindre cet objectif, un GC × GC-TOF-MS méthode d&#39;acquisition de données a été développé avec une combinaison de la colonne de la colonne polaire (primary) × non polaire (secondaire). Klenn et al. (2015) ont suggéré que l&#39; augmentation de la longueur de la colonne principale ( en particulier 60 m colonnes GC) et en abaissant la température de décalage de la colonne secondaire par rapport à la colonne principale permettrait de maximiser la capacité et la résolution 16-18 pointe. Par conséquent, un 60 m de colonne primaire et 5 ° C, la température de décalage de la colonne secondaire par rapport à la colonne primaire ont été utilisées dans cette étude. La période de modulation optimale a été déterminée selon un protocole décrit dans cette étude (voir la section 4). Le taux de rampe optimale de GC température de la colonne a été déterminée par une méthode d&#39;essai et d&#39; erreur et est similaire à la valeur suggérée dans la littérature 16-18. Pour discuter des avantages de cette combinaison de colonne pour les échantillons aqueux, nous avons analysé des échantillons d&#39;eau d&#39;algues HTL avec la combinaison classique de × non polaires polaires colonne. Les paramètres de fonctionnement proposées dans la littérature ont été utilisées pour l&#39;analyse de la phase aqueusefraction d&#39; algues bio-brut avec une combinaison de la colonne polaire × non polaire 18.

<table><tbody><tr><td>GC & temps ; 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><td>Leco</td><td></td><td>Logiciel d’analyse de données</td></tr><tr><td>Rxi-5MS GC colonne</td><td>Restek</td><td>13420</td><td>2,3 m a été utilisé à partir de cette colonne.</td></tr><tr><td>Stabilwax Colonne GC</td><td>Restek</td><td>10626</td><td></td></tr><tr><td>HP-5 Colonne GC</td><td>Agilent</td><td>19091J-416</td><td></td></tr><tr><td>Colonne Stabilwax GC</td><td>Restek</td><td>15121</td><td></td></tr><tr><td>Connecteur Presstight</td><td>Restek</td><td>20430</td><td></td></tr><tr><td>Doublure d’injecteur GC</td><td>Restek</td><td>23305.5</td><td></td></tr><tr><td>GC Embouts d’injecteur</td><td>Agilent</td><td>5181-3323</td><td></td></tr><tr><td>Joints toriques de doublure antiadhésive</td><td>Agilent</td><td>5188-5365</td><td></td></tr><tr><td>Embouts de ligne de transfert</td><td>Restek</td><td>20212</td><td></td></tr><tr><td>Éthanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459844</td><td>Chromatographie Acétone</td></tr><tr><td></td><td>Sigma-Aldrich</td><td>414689</td><td>Chromatographie Acide</td></tr><tr><td>acétique</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320099</td><td>Chromatographie</td></tr><tr><td>2-butanone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>360473</td><td>Chromatographie Acide</td></tr><tr><td>propanoïque</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>402907</td><td>Chromatographie</td></tr><tr><td>Acide butanoïque</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>19215</td><td>Chromatographie</td></tr><tr><td>Pyridine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270970</td><td></td></tr><tr><td>Chromatographie Pyrazine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65693</td><td>Chromatographie</td></tr><tr><td>Acétamide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>695122</td><td>Chromatographie grade</td></tr><tr><td>2,5-pyrrolididione</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9381</td><td>Chromatographie grade</td></tr> <tr><td>N-méthylsuccinimide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>325384</td><td>Chromatographie grade</td></tr><tr><td>N-(2-hydroxyéthyl)succinimide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>444073</td><td>Chromatographie</td></tr> grade</tbody></table>

caractérisation qualitative de la fraction aqueuse de hydrothermale liquéfaction d&#39;algues utilisation 2d chromatographie en phase gazeuse avec le temps de vol spectrométrie de masse

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

Chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol est un outil puissant pour identifier et quantifier les constituants chimiques dans des mélanges complexes. Il est souvent utilisé pour analyser l&#39;essence, le kérosène, le diesel, le biodiesel et la fraction organique des bio-brut / bio-huile. Dans la plupart de ces analyses, la première dimension de séparation est non polaire, suivie d&#39;une séparation polaire. Les fractions aqueuses de bio-brut et d&#39;autres échantillons aqueux de la production de biocarburants ont été examinés avec des combinaisons de colonnes similaires. Cependant, les techniques de préparation d&#39;échantillons tels que dérivatisation, extraction par solvant et l&#39;extraction en phase solide ont été nécessaires avant l&#39;analyse. Dans cette étude, les fractions aqueuses obtenues à partir de la liquéfaction hydrothermale d&#39;algues ont été caractérisés par chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol sans techniques de préparation d&#39;échantillons antérieurs utilisant une séparation polaire dans la première dimension, suiviepar une séparation non polaire dans le second. Terrain bidimensionnelles de cette analyse ont été comparées à celles obtenues à partir de la configuration plus classique de la colonne. Les résultats de la caractérisation qualitative des fractions aqueuses d&#39;algues bio-brut sont discutés en détail. Les avantages de l&#39;utilisation d&#39;une séparation polaire suivie d&#39;une séparation non polaire pour la caractérisation des matières organiques dans des échantillons aqueux par chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol sont mises en évidence.

Un chromatogramme ionique total (TIC) obtenue pour la fraction aqueuse d&#39;algues bio-brut analysé avec une combinaison de colonne de × polaire non polaire est représenté sur la figure 4. Les temps de rétention et les valeurs de similarité ou de facteur de correspondance de composés identifiés par la recherche contre un National Institute of Standards and Technology (NIST) bibliothèque sont présentés dans le tableau 1. oxygénés (tels que cyclopenatanon...

Une méthode bidimensionnelle de chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en temps de vol est décrite pour la caractérisation de la fraction aqueuse du bio-brut produite à partir de la liquéfaction hydrothermale des algues. Ce protocole peut également être utilisé pour analyser la fraction aqueuse des produits liquides issus de la pyrolyse rapide, de la pyrolyse catalytique, de la désoxygénation catalytique et de l’hydro-traitement.

Caractérisation qualitative de la fraction aqueuse de hydrothermale Liquéfaction d&#39;algues Utilisation 2D chromatographie en phase gazeuse avec le temps de vol Spectrométrie de masse

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

L’objectif global de cette méthode d’acquisition de données de chromatographie en phase gazeuse 2D est de caractériser les sous-produits aqueux obtenus à partir de la liquéfaction hydrothermale, ou HTL, des algues. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des biocarburants, telles que l’identification des espèces organiques qui rendent compte de la phase aqueuse lors du mode hydrodynamique des algues. Le principal avantage de cette technique est qu’elle améliore la capacité de pointe, la résolution et une large collection de composés chimiques.Cette méthode est importante pour générer des données pour les bioraffineries, qui produisent des volumes considérables d’eaux usées qui doivent être traitées ou transformées en carburants et en produits chimiques. Cette méthode peut fournir des données de caractérisation qui ne peuvent pas être produites à partir d’autres techniques d’analyse, telles que la chromatographie en phase gazeuse unidimensionnelle ou la chromatographie liquide. Nous avons eu l’idée de cette méthode pour la première fois lorsque nous avons analysé des mélanges organiques très complexes issus de processus de production de biocarburants.Pour ces expériences, utilisez un chromatographe en phase gazeuse équipé d’un modulateur de base de refroidissement à deux étages à quatre jets et d’un spectromètre de masse à temps de vol. Configurez l’échantillonneur automatique pour injecter un microlitre de chaque échantillon ou étalon dans le chromatographe en phase gazeuse ou le GC. Utiliser un plan d’échantillonnage randomisé et des injections standard pour la séquence de l’échantillonneur automatique, comme décrit dans la littérature. Assurez-vous que les deux arêtes des colonnes primaire et secondaire sont coupées droites sans arêtes vives.Ensuite, connectez les colonnes primaire et secondaire à l’aide d’un connecteur étanche à la presse avant le modulateur. Assurez-vous que la doublure en verre, le joint torique de la doublure antiadhésive, l’incepteur de l’injecteur GC sont neufs et exempts de contamination. Ensuite, placez un sauvage sur la colonne GC et connectez la colonne primaire à l’injecteur GC de sorte que cinq millimètres de colonne se trouvent à l’intérieur de l’injecteur.Utilisez des ferals de ligne de transfert d’un seizième de pouce et de 0,5 millimètre de diamètre intérieur pour connecter la colonne secondaire et la ligne de transfert. Placez une partie de 0,2 mètre de la colonne secondaire dans la ligne de transfert. Assurez-vous qu’une partie de 0,1 mètre de la colonne secondaire se trouve dans le modulateur.Utilisez de l’hélium gazeux de très haute pureté comme gaz vecteur pour le GC à un débit de 1,5 millilitre par minute. Assurez-vous qu’il y a suffisamment d’azote liquide dans le dewar, qui agit comme le liquide de refroidissement dans le modulateur, en lisant le niveau d’azote liquide à l’aide d’un manomètre fixé à la sortie du dewar. Une lecture de 69 kilopascals du manomètre indique que le dewar est plein, tandis que zéro kilopascal indique qu’il est vide.Assurez-vous qu’il n’y a pas de fuites majeures dans l’instrument. Si la lecture du vacuomètre du TOF-MS est supérieure à 2,7 fois 10 puissance moins quinte pascals pour un débit de colonne GC de 1,5 millilitre par minute, cela indique une fuite majeure dans le système. Configurez la méthode de contrôle de la qualité ou de contrôle de la qualité et exécutez le protocole d’ajustement du système d’acquisition intégré pour obtenir une réponse maximale du signal à l’aide du protocole du fabricant.Ensuite, exécutez les protocoles d’optimisation d’instruments intégrés de la méthode QC. En série, effectuez des tests de focalisation du filament, de focalisation optique ionique et d’étalonnage de masse en utilisant le protocole du fabricant. Assurez-vous que le test d’étalonnage de masse réussit.Cette méthode de contrôle qualité garantit que tous les paramètres matériels de l’instrument sont à un niveau optimal. L’instrument doit être exempt de fuites. Il s’agit d’un aspect important de cette procédure.Une nouvelle vérification doit être effectuée à l’aide du protocole du fabricant. Analysez le rapport de contrôle d’étanchéité généré en vérifiant la concentration relative d’ions spécifiques par rapport à l’étalon interne. Pour déterminer la période de modulation optimale du modulateur, sélectionnez arbitrairement une longue période de modulation et injectez un échantillon comme précédemment.Identifiez le temps de rétention dans la deuxième dimension du graphique de contour, après quoi aucun pic n’est élué. Sélectionnez le temps de rétention de la seconde dimension identifié comme période de modulation optimale. Augmentez la période de modulation et effectuez à nouveau l’analyse si un enroulement est observé.Des phénomènes d’enroulement se produisent si les pics de la deuxième dimension éluent en dessous de la ligne de base de la première dimension, comme le montre ce graphique de contour. Répétez ces étapes jusqu’à ce que la valeur optimale soit déterminée. La configuration utilisée dans cette étude est unique et importante.Cette combinaison n’était pas utilisée auparavant pour analyser les fractions aqueuses issues des conversions de biomasse. Installez une colonne capillaire polaire comme colonne primaire. Installez une colonne capillaire non polaire comme colonne secondaire.Utilisez de l’hélium gazeux de très haute pureté comme gaz porteur pour le GC à un débit de 1,5 millilitre par minute. Réglez l’injecteur GC à une température de 260 degrés Celsius et un rapport de partage de un à 250. Configurez un programme de température pour la colonne primaire qui commence par une température constante de 40 degrés Celsius pendant 0,2 minute, suivie d’une rampe de température jusqu’à 260 degrés Celsius à cinq degrés Celsius par minute, suivie d’une température constante de 260 degrés Celsius pendant cinq minutes.Maintenez la température du modulateur supérieure de cinq degrés Celsius à celle de la colonne secondaire et la température de la colonne secondaire supérieure de cinq degrés Celsius à celle de la colonne primaire. Utilisez une période de modulation optimale de quatre secondes avec 0,8 seconde d’impulsion chaude et 1,2 seconde d’impulsion froide, comme déterminé précédemment. Ensuite, réglez la température de la ligne de transfert sur 270 degrés Celsius.Ensuite, réglez le délai d’acquisition ou le délai de solvant sur zéro seconde. Réglez la plage inférieure et supérieure de surcharge de masse sur 35 et 800, puis réglez le taux d’acquisition du détecteur MS sur 400 spectres par seconde. Maintenez la tension du détecteur MS à 150 volts au-dessus de la valeur optimisée.Enfin, maintenez la température de la source d’ions MS à 225 degrés Celsius. Effectuez le traitement des données à l’aide du logiciel fourni par le fabricant de l’instrument. Dans la méthode d’analyse des données, sélectionnez calculer la ligne de base, rechercher les pics au-dessus de la ligne de base, effectuer une recherche dans la bibliothèque et calculer la surface et la hauteur.Suivez la base de référence dans le fichier de données. Entrez le décalage de la ligne de base sur 0,5, puis entrez la largeur de crête attendue de 15 secondes dans la première dimension et de 0,15 seconde dans la seconde. Définissez le rapport signal/bruit sur 5000 et les valeurs de similarité supérieures à 850 pour l’identification des composés.Sélectionnez une bibliothèque spectrale de masse disponible dans le commerce pour identifier les composés chimiques présents dans les échantillons, et réglez le mode de recherche de la bibliothèque sur Forward. Traitez les fichiers de données avec cette méthode d’analyse des données en utilisant le protocole du fabricant. Le traitement du fichier de données nécessite au moins une heure.Voici un chromatogramme ionique total obtenu pour la fraction aqueuse du biobrut d’algues, analysé avec une combinaison de colonnes polaires et non polaires. Des composés oxygénés et des acides organiques ont été observés dans l’eau des algues HTL. En plus des composés oxygénés, la phase aqueuse contient des composés contenant de l’azote, tels que la pyridine, la pyrazine, les acétamides, le succinimide et leurs dérivés alkylés.On peut supposer que ces composés sont les produits de dégradation des protéines et des glucides dans la biomasse algale. Voici les valeurs de similitude et le temps de rétention des composés chimiques présents dans l’eau des algues HTL, en utilisant une combinaison de colonnes polaires et non polaires sous forme de tableaux. Les pics de haute intensité identifiés dans le graphique de contour pour la fraction aqueuse du biobrut d’algues ont été validés par des étalons d’analyse.Des étalons contenant des acides organiques et des composés finaux ont été préparés et analysés par chromatographie en phase gazeuse 2D avec spectrométrie de masse à temps de vol. La fraction aqueuse du biobrut d’algues a également été analysée à l’aide de la combinaison conventionnelle de colonnes non polaires et polaires, qui a été largement utilisée dans la littérature. Comme le montre ici, les acides organiques et les composés finaux présents dans la fraction aqueuse des algues éluent le bio-brut avec plus d’un pic.Les valeurs de similitude et le temps de rétention de ces composés chimiques sont répertoriés sous forme de tableau. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’analyser les échantillons aqueux à l’aide de la chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle équipée de la spectrométrie de masse. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des biocarburants pour analyser les flux aqueux de sous-produits obtenus à partir de conversions biochimiques, thermochimiques et thermocatalytiques de la biomasse.Après cette procédure, d’autres méthodes telles que la chromatographie en phase gazeuse unidimensionnelle et la chromatographie liquide peuvent être effectuées afin de répondre à des questions supplémentaires telles que la détermination quantitative de la concentration de composés chimiques non identifiés. Lors de cette procédure, il est important de se rappeler que les sels non volatils, riches en composés et inorganiques n’ont pas pu être analysés à l’aide de cette configuration d’instrument.

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