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

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.