Name: Caratterizzazione qualitativa della frazione acquosa da idrotermale Liquefazione di alghe Utilizzando 2D gascromatografia con tempo di volo spettrometria di massa (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Scopri la caratterizzazione della frazione acquosa da idrotermale liquefazione di alghe mediante gascromatografia bidimensionale con spettrometria di massa a tempo di volo. Questo metodo migliora la capacità di picco e la risoluzione per le bioraffinerie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Questo manoscritto è stato scritto da Battelle Memorial Institute sotto contratto n DE-AC05-76RL01830 con il Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti. Il governo degli Stati Uniti mantiene e l&#39;editore, accettando l&#39;articolo per la pubblicazione, riconosce che il governo degli Stati Uniti mantiene una licenza non esclusiva, versato, irrevocabile, licenza mondiale di pubblicare o riprodurre la forma pubblicata di questo manoscritto, o permettere ad altri di fare così, per scopi di governo degli Stati Uniti.

Preparazione 1. Esempio <ol><li> Generare un flusso misto acquoso / organico prodotto tramite continuo HTL flusso di alghe secondo il disegno reattore e procedura sperimentale trovato in letteratura 10,11. </li><li> Utilizzare un separatore a gravità per separare il flusso di prodotto in una fase acquosa e la fase organica. </li><li> Filtrare 10 ml di fase acquosa HTL utilizzando un filtro siringa da 0,45 micron e conservare in frigorifero mantenuto a 4 ° C per GC × GC-TOF-MS. </li></ol> 2. componenti dello strumento <ol><li> Utilizzare un gascromatografo (GC) dotato di un modulatore quad-jet doppio stadio di raffreddamento-based e tempo di volo (TOF) spettrometro di massa (MS) per questi esperimenti. </li><li> Configurare l&#39;auto-campionatore per iniettare 1 ml di ogni campione o standard nel GC. Utilizzare un disegno a blocchi randomizzati di campione e iniezioni tipo relative alla sequenza di auto-campionatore come descritto in letteratura 13. il randomidisegno a blocchi zed è comunemente usato in studi quantitativi di controllare per il funzionamento dello strumento. Il nostro laboratorio utilizza il disegno di routine anche in studi comparativi per verificare il funzionamento dello strumento. </li><li> Collegare la colonna primaria e secondaria mediante un connettore pressa a tenuta prima del modulatore. Assicurarsi che entrambi i bordi di entrambe le colonne primarie e secondarie sono tagliati dritto senza spigoli vivi prima di collegare al connettore stampa tenuta. </li><li> Posizionare ferrula sulla colonna GC e quindi collegare colonna primaria all&#39;iniettore GC in modo che il 5 mm di colonna è all&#39;interno dell&#39;iniettore. </li><li> Assicurarsi che rivestimento in vetro, rivestimento antiaderente O-ring e setti per GC iniettori sono nuovi e privi di contaminazione. </li><li> Utilizzare 1/16 x 0,5 mm puntali linea di trasferimento ID per collegare la colonna e il trasferimento linea secondaria. Inserire una porzione di 0,2 m di colonna secondaria nella linea di trasferimento. </li><li> Assicurarsi che una porzione della colonna secondaria 0,1 m è nel modulatore. </li><li> Utilizzare altissima purezza dell&#39;eliogas come gas vettore di GC ad un flusso di 1,5 ml min -1. </li><li> Prevedere l&#39;azoto liquido sufficiente nella Dewar che agisce come refrigerante nel modulatore. Il livello di azoto liquido nel Dewar può essere previsto con un indicatore di pressione collegato alla sua uscita. Un kPa lettura 69 del manometro indica che il Dewar è pieno, mentre 0 kPa indica che è vuota. </li></ol> 3. I protocolli prima di analizzare campioni <ol><li> Assicurarsi che non ci sono grandi perdite nello strumento. Se la lettura vacuometro del TOF-MS è superiore a 2,7 × 10 -5 Pa per 1,5 ml portata colonna min -1 GC, questo indica una grande perdita nel sistema. </li><li> Set-up il metodo di controllo di qualità (QC) ed eseguire in-built protocollo &#39;regolazioni del sistema di acquisizione&#39; per ottenere la massima risposta del segnale utilizzando il protocollo del produttore. </li><li> Eseguire in-built protocolli &#39;ottimizzazione strumento&#39; di metodo di controllo di qualità, in serie - Filamattenzione ent, agli ioni di messa a fuoco ottica e test di calibrazione di massa utilizzando il protocollo del produttore. Assicurarsi che prova di calibrazione di massa passa. Questo metodo QC garantisce che tutti i parametri hardware dello strumento sono al livello ottimale. </li><li> Eseguire un &quot;controllo delle perdite&quot; utilizzando il protocollo del produttore. Analizzare genera automaticamente rapporto di controllo delle perdite. Assicurarsi che la concentrazione relativa di 28 (N 2), 32 (O 2) e 18 (umidità) ioni deve essere inferiore a meno di 10%, 3% e il 5% di spettri di massa standard interno di 69 ione rispettivamente. </li><li> Tune il TOF-MS usando il protocollo del produttore. </li><li> metodo run controllo di qualità così come il protocollo sintonia TOF-MS, prima e dopo il controllo delle perdite e anche durante l&#39;analisi di campioni e gli standard. </li></ol> 4. protocollo per determinare l&#39;ottimale modulazione Periodo di modulatore <ol><li> Arbitrariamente selezionare un lungo periodo di modulazione (ad esempio, 10 sec o 13 sec). Iniettare un campione come descritto al punto 2.2. </li><li&gt; identificare il tempo di ritenzione a seconda dimensione della trama di contorno dopo la quale senza picchi eluisce. Selezionare il tempo di ritenzione dimensione secondo identificato come periodo di modulazione ottimale. Figura 2 chiaramente chiarire l&#39;identificazione di tempo di ritenzione a seconda dimensione della trama di contorno. </li><li> Aumentare il periodo di modulazione utilizzata nel passaggio 4,1 ed eseguire l&#39;analisi di nuovo se &quot;wrap around&quot; si osserva 18. Avvolgere intorno fenomeni si verifica se i picchi nella seconda dimensione eluisce al di sotto della linea di base della prima dimensione. Esempio trama di contorno per &#39;avvolgente&#39; è indicata nelle informazioni supplementari figura 3. </li><li> Ripetere i punti 4.2 e 4.3 fino a quando viene determinato valore ottimale. </li></ol> 5. I parametri sperimentali di Instrument Set-up <ol><li> Installare un polare (60 mx 0,25 millimetri x 0,5 micron spessore del film) colonna capillare come colonna primaria e non polare (2,3 mx 0,25 millimetri x 0,5 micron spessore del film) capillacolonna ry come colonna secondaria. Cuocere sia la colonna primaria e secondaria per almeno 2 ore per rimuovere tracce di umidità, aria e contaminanti associati con nuove colonne GC. </li><li> Utilizzare ultraelevato gas purezza elio come gas vettore di GC ad un flusso di 1,5 ml min -1. </li><li> Impostare l&#39;iniettore GC ad una temperatura di 260 ° C ed un rapporto di divisione di 1: 250. </li><li> Impiegare il seguente programma di temperatura per la colonna primaria: una temperatura costante di 40 ° C per 0,2 min seguita da una rampa di temperatura a 260 ° C a 5 ° C min -1, seguita da una temperatura costante di 260 ° C per 5 min. </li><li> Mantenere il modulatore temperatura di 5 ° C superiore a quella della colonna secondaria e la temperatura della colonna secondario a 5 ° C superiore a quella della colonna primaria. </li><li> Utilizzare un periodo di modulazione ottimale di 4 sec con 0,8 secondi di impulso caldo e 1,2 secondi di impulso freddo. Questo valore è determinato sulla base del protocollo descritto nella sezione 4. </li><li> Impostare la temperatura linea di trasferimento a 270 ° C. </li><li> Impostare il ritardo di acquisizione o il ritardo solvente a 0 sec. </li><li> Impostare l&#39;intervallo inferiore e superiore di m / z come 35 e 800, rispettivamente. </li><li> Impostare la velocità di acquisizione del rivelatore MS a 400 spettri / sec. </li><li> Mantenere la tensione rivelatore MS a 150 V superiore al valore ottimale. </li><li> Mantenere la temperatura della sorgente di MS di ioni a 225 ° C. </li></ol> Analisi 6. Dati <ol><li> Eseguire l&#39;elaborazione dei dati utilizzando il software fornito dal costruttore dello strumento. </li><li> Selezionare le seguenti operazioni nel metodo di analisi dei dati - Compute linea di base, trovare picchi al di sopra della linea di base, di ricerca della libreria e calcolare sono / altezza. </li><li> Traccia la linea di base attraverso il file di dati. Invio di riferimento offset 0.5. Inserire ampiezza del picco previsto di 15 secondi nella prima dimensione e 0,15 sec nella seconda dimensione. </li><li> Impostare il rapporto segnale-rumore come 5.000 e somiglianza valori&gt; 850 per identizione di composti. </li><li> Selezionare una libreria spettrale di massa disponibile in commercio per identificare i composti chimici presenti nei campioni e impostare la modalità di ricerca della libreria a trasmettere. </li><li> Elaborare i file di dati che utilizzano questo metodo di analisi dei dati utilizzando il protocollo del produttore. Si richiede almeno 1 ora per elaborare un file di dati. </li></ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

I risultati illustrano chiaramente la capacità della combinazione colonna × polare non polare per risolvere composti polari e volatili luminose presenti nella frazione acquosa di alghe bio-greggio senza tecniche di preparazione del campione precedente. Drastica picco tailing è stato osservato per gli acidi organici e composti azotati mentre utilizzando la combinazione × colonna polare non polare. Questo tailing picco non è stato osservato per i primi organici leggeri eluizione. Questo comportamento è stato riproducibile...

Una crescita costante della domanda di combustibili liquidi, limitate risorse di combustibili fossili, l&#39;incertezza delle forniture di combustibili fossili, e le preoccupazioni per la crescente concentrazione di gas serra nell&#39;atmosfera sono aumentati consapevolezza globale per le risorse rinnovabili 1. L&#39;energia solare (tra cui il fotovoltaico e solare termico), eolico, idroelettrico, geotermico e biomasse sono le fonti rinnovabili primarie che potrebbe potenzialmente sostituire fossili di derivazione di energia 2. Di questi, la biomassa è l&#39;unica fonte di energia alternativa a base di carbonio per la produzione di carburanti per il trasporto liquidi e sostanze chimiche ad alto valore 3. La biomassa comprende qualsiasi materiale organico come le risorse forestali, residui agricoli, alghe, semi oleosi, rifiuti solidi urbani e rifiuti industriali ricchi di carbonio (ad esempio da industria della cellulosa o di trasformazione alimentare) 1. La biomassa è classificata in due grandi categorie: materie prime lignocellulosiche e non legnose sulla base di comcaratteristiche posizionali. Biomassa lignocellulosica è costituito da carboidrati e lignina, mentre materie prime non legnose sono proteine, carboidrati e lipidi / oli 4. Materie prime lignocellulosici, derivati ​​da piante terrestri, in grado di soddisfare solo il 30% del combustibile liquido corrente (benzina, il carburante degli aerei, e diesel) la domanda se in modo sostenibile coltivato e raccolto 5,6. potenziali materie prime Quindi, i microrganismi acquatici non legnose, come microalghe e funghi, sono considerati per la produzione di combustibili liquidi rinnovabili per integrare le risorse lignocellulosici. Materie prime microalghe hanno il potenziale per soddisfare carburanti per il trasporto liquidi domanda attuale 7,8. Le alghe hanno molti vantaggi: elevata produttività areale 8, la capacità di crescere in bassa qualità, salmastra o di mare 9, e la capacità di accumulare trigliceridi o idrocarburi 7,8 densità energetica. Idrotermale di liquefazione (HTL) è una co praticabile e scalabilenVersione processo che utilizza l&#39;acqua naturalmente associato con materie prime di alghe o acquatiche 10,11. È un processo termochimico con temperature di funzionamento di 250-400 ° C e pressioni di esercizio di 10-25 MPa che produce un prodotto liquido, o bio-grezzo, che può essere aggiornata in un archivio di miscela combustibile. Bio-greggio prodotto da HTL di alghe ha frazioni organiche e acquose distinguibili e facilmente separabili. La frazione organica dei bio-greggio può essere efficacemente convertita in una raffineria pronto miscela magazzino tramite catalitici processi idro-trattamento 11. La frazione acquosa di bio-greggio contiene ~ 30% del carbonio presente totale nella carica alghe. Sebbene migliaia di composti sono stati identificati nella corrente acquosa HTL, le frazioni predominanti consistono ossigenati basso peso molecolare (compresi acidi, alcoli, chetoni e aldeidi) formata dalla degradazione dei carboidrati e lipidi, e eterociclici azotati (compresi pirroli, piridine , pyrazinES, e imidazoli) derivati ​​da proteine ​​di decomposizione 12. Studi sulla utilizzando la frazione acquosa per migliorare l&#39;economia globale di processo, nonché la sostenibilità sono in corso. Il gas di sintesi può essere prodotto dalla frazione acquosa di alghe bio-greggio via idrotermica catalitica gassificazione 10,13, 14. In alternativa, sostanze organiche nella frazione acquosa possono anche essere convertiti in cataliticamente additivi per carburanti e prodotti chimici speciali. La ricerca sull&#39;ottimizzazione studi idrotermale di gassificazione e di screening catalizzatore catalitici per la conversione di composti organici in fase liquida acquosa è attualmente in corso presso il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Per questo lavoro, qualitativa e quantitativa caratterizzazione della frazione acquosa di alghe bio-greggio è richiesto. Dal momento che la frazione acquosa di alghe bio-greggio è considerato un flusso di rifiuti, ci sono pochi studi che hanno analizzato la frazione acquosa di alghe bio-greggio 13,15. Inoltre, di recentestudi hanno concluso che la conversione di questa acqua alghe HTL in alto valore bio-prodotti migliorerebbe la sostenibilità così come l&#39;economia di una bio-raffineria di HTL a base 11. Pertanto, questo studio si è concentrato sullo sviluppo di un metodo per la caratterizzazione qualitativa della frazione acquosa di bio-grezzo ottenuto da HTL delle alghe mediante gascromatografia bidimensionale accoppiata con spettrometria di massa a tempo di volo (GC × GC-TOF-MS). GC × GC-TOF-MS è la tecnica più promettente cromatografica analitica per aumentare la risoluzione (o separazione di composti chimici in un campione), capacità di picco (cioè il numero di picchi risolti), segnale-rumore (per l&#39;identificazione di composti chimici con elevata sicurezza), e per evitare co-eluizione di composti chimici 16. Al fine di massimizzare la risoluzione, capacità di picco, e segnale-rumore, due colonne GC con fasi stazionarie sono collegate in serie mediante un press-fit connector o micro-union 17 (vedere Figura 1 che rappresenta uno schema a blocchi di GC × sistema GC-TOF-MS utilizzata in questo studio). Un modulatore si trova tra il connettore press-fit e le colonne secondarie per intrappolare, rimettere a fuoco, e re-iniettare il effluenti dalla colonna primaria nella colonna secondario 18. Modulazione verifica nella colonna secondaria nel presente studio, come mostrato in Figura 1. La colonna secondaria viene quindi collegato al TOF-MS tramite un complesso linea di trasferimento. GC × GC-TOF-MS è stato utilizzato in precedenza per qualitativi così come l&#39;analisi quantitativa dei campioni biologici come il petrolio greggio 16,19, benzina, jet-fuel, diesel, biodiesel, e la frazione organica dei bio-combustibili 20- 22 prodotta da termo-chimico, nonché la conversione termo-catalitico processi 23,24. Per la caratterizzazione di questi campioni biologici in GC × strumenti GC-TOF-MS, una colonna non polare lungo wusati come colonna primaria, mentre una corta colonna polare è stato utilizzato come colonna secondaria. Questa configurazione colonna convenzionale risolve composti chimici a base di differenze di volatilità nel corso della prima dimensione, seguita da polarità nella seconda dimensione 18. Campioni acquosi o acqua da processi biologici, trasformazione dei prodotti alimentari, e rifiuti ambientali sono state anche caratterizzate con primari simili / configurazioni colonna secondaria dopo che il campione era stato attraverso la preparazione passi 17,25-30. Tecniche di preparazione del campione come derivatizzazione, estrazione in fase solida, e l&#39;estrazione con solvente organico sono stati tutti utilizzati prima GC × analisi GC-TOF-MS 17,27-29,31,32. Queste tecniche sono state finalizzate a ridurre la polarità dei composti nel campione per l&#39;analisi utilizzando una configurazione convenzionale colonna 33. Una strategia alternativa è stato impiegato in questo studio in base alla natura del campione (composti organici polari qui in acqua)utilizzando la configurazione inversa primario / secondario colonna per GC × GC-TOF-MS. Poiché la frazione acquosa di bio-greggio prodotto da HTL ha composti polari 13, una combinazione di colonna di una colonna polare primario ed una colonna non polare secondario è stato utilizzato nel GC × GC-TOF-MS senza preparazione del campione monte. Questa combinazione colonna primaria / secondaria risolve composti chimici a base di differenze di polarità sulla prima dimensione, seguita dalla volatilità nella seconda dimensione. Metodi analitici limitati esistono in letteratura per la caratterizzazione di campioni acquosi mediante gascromatografia bidimensionale senza trasformazione campione prima 15. L&#39;obiettivo di questo studio era di determinare i composti chimici presenti nella frazione acquosa di alghe bio-greggio. Per raggiungere questo obiettivo, un GC × GC-TOF-MS metodo di acquisizione dei dati è stato sviluppato con una combinazione colonna della colonna polare (primary) × non polare (secondario). Klenn et al. (2015) hanno suggerito che aumentando la lunghezza della colonna primaria (specialmente 60 m colonne GC) e abbassando la temperatura di offset della colonna secondaria rispetto alla colonna primaria sarebbe massimizzare la capacità di picco e la risoluzione 16-18. Pertanto, un 60 m colonna primaria e 5 ° C compensata temperatura della colonna secondaria rispetto alla colonna primaria sono stati utilizzati in questo studio. Il periodo di modulazione ottimale è stato determinato a seguito di un protocollo descritto in questo studio (vedi paragrafo 4). La rampa ottimale della temperatura della colonna GC è stato determinato mediante un metodo di prova ed errore ed è simile al valore suggerito in letteratura 16-18. Per discutere i vantaggi di questa combinazione colonna per campioni acquosi, abbiamo analizzato campioni di acqua alghe HTL con la combinazione della colonna convenzionale × non polari polari. I parametri operativi proposti in letteratura sono stati impiegati per analizzare la acquosafrazione di alghe bio-greggio con una × non polare combinazione colonna polare 18.

<table><tbody><tr><td>GC & tempi; GC&#8211; TOF/MS</td><td>Leco</td><td>PEG4D11DLN15</td><td>Commercial Pegasus 4D</td></tr><tr><td>ChromaTOF versione 4.50&nbsp;</td>Da questa colonna è stata utilizzata <td>la colonna Leco</td><td></td><td>Software di analisi dati</td></tr><tr><td>Rxi-5MS GC</td><td>Restek</td><td>13420</td> da <td>2,3 m.</td></tr><tr><td>Colonna GC Stabilwax</td><td>Restek</td><td>10626</td><td></td></tr><tr><td>Colonna GC HP-5</td><td>Agilent</td><td>19091J-416</td><td></td></tr><tr><td>Colonna GC Stabilwax</td><td>Restek</td><td>15121</td><td></td></tr><tr><td>Connettore a tenuta stagna</td><td>Restek</td><td>20430</td><td></td></tr><tr><td>Camicia iniettore GC</td><td>Restek</td><td>23305.5</td><td></td></tr><tr><td>GC Boccole iniettore</td><td>Agilent</td><td>5181-3323</td><td></td></tr><tr><td>O-ring di rivestimento antiaderente</td><td>Agilent</td><td>5188-5365</td><td></td></tr><tr><td>Ghiere della linea di trasferimento</td><td>Restek</td><td>20212</td><td></td></tr><tr><td>Etanolo</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459844</td><td>Grado cromatografico</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>414689</td><td>Grado cromatografico</td></tr><tr><td>Acido acetico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320099</td><td>Cromatografia grado</td></tr><tr><td>2-butanone</td><td>Grado per cromatografia</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>360473</td></tr><tr><td>Acido propanoico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>402907</td><td>Grado per cromatografia</td></tr><tr><td>Acido butanoico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>19215</td><td>Grado per cromatografia</td></tr><tr><td>Piridina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270970</td><td>Grado per cromatografia</td></tr><tr><td>Pirazina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65693</td><td>Grado</td></tr> <tr>per cromatografia<td>Acetammide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>695122</td><td>Grado cromatografico</td></tr><tr><td>2,5-pirrolididione</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9381</td><td>Grado cromatografico</td></tr> <tr><td>N-metilsuccinimide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>325384</td><td>Cromatografia grado</td></tr> <tr><td>N-(2-idrossietil)succinimide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>444073</td><td>Grado cromatografico</td></tr></tbody></table>

caratterizzazione qualitativa della frazione acquosa da idrotermale liquefazione di alghe utilizzando 2d gascromatografia con tempo di volo spettrometria di massa

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

gascromatografia bidimensionale accoppiata con spettrometria di massa a tempo di volo è un potente strumento per l&#39;identificazione e la quantificazione dei componenti chimici in miscele complesse. E &#39;spesso usato per analizzare la benzina, combustibile per aviogetti, diesel, biodiesel e la frazione organica dei bio-greggio / bio-olio. Nella maggior parte di tali analisi, la prima dimensione della separazione è non polare, seguito da una separazione polare. Le frazioni acquose di bio-greggio e altri campioni acquosi dalla produzione di biocarburanti sono stati esaminati con combinazioni di colonne simili. Tuttavia, le tecniche di preparazione del campione come derivatizzazione, estrazione con solvente, ed estrazione in fase solida erano necessarie prima dell&#39;analisi. In questo studio, frazioni acquose ottenute dalla liquefazione idrotermale di alghe sono stati caratterizzati mediante gascromatografia bidimensionale accoppiata con spettrometria di massa a tempo di volo senza precedenti tecniche di preparazione dei campioni utilizzando una separazione polare nella prima dimensione seguitida una separazione non polare nel secondo. Terreni bidimensionali di questa analisi sono stati confrontati con quelli ottenuti dalla configurazione delle colonne più tradizionale. I risultati di caratterizzazione qualitativa delle frazioni acquose di alghe bio-greggio sono discussi in dettaglio. I vantaggi di usare una separazione polare seguito da una separazione non polare per la caratterizzazione delle sostanze organiche in campioni acquosi mediante gascromatografia bidimensionale accoppiata con spettrometria di massa a tempo di volo sono evidenziati.

Un totale ion cromatogramma (TIC) ottenuto per la frazione acquosa di alghe bio-greggio analizzato con una combinazione colonna × polare non polare è mostrato in Figura 4. I tempi di ritenzione e valori di similarità o fattore di corrispondenza di composti identificati ricercando contro una nazionale Institute of Standards and Technology biblioteca (NIST) sono riportati nella tabella 1. ossigenati (come cyclopenatanone, composti furanici e dianhydromanni...

Viene descritto un metodo di gascromatografia bidimensionale-spettrometria di massa a tempo di volo per la caratterizzazione della frazione acquosa del bio-greggio prodotto dalla liquefazione idrotermale delle alghe. Questo protocollo può essere impiegato anche per analizzare la frazione acquosa di prodotti liquidi provenienti da pirolisi veloce, pirolisi rapida catalitica, deossigenazione catalitica e idrotrattamento.

Caratterizzazione qualitativa della frazione acquosa da idrotermale Liquefazione di alghe Utilizzando 2D gascromatografia con tempo di volo spettrometria di massa

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

L'obiettivo generale di questo metodo di acquisizione dati in gascromatografia 2D è quello di caratterizzare i sottoprodotti acquosi ottenuti dalla liquefazione idrotermale, o HTL, delle alghe. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dei biocarburanti, come l'identificazione delle specie organiche che riferiscono alla fase acquosa durante la moda idrodinamica delle alghe. Il vantaggio principale di questa tecnica è che migliora la capacità di picco, la risoluzione e un'ampia raccolta di composti chimici.Questo metodo è importante per generare dati per le bioraffinerie, che producono volumi considerevoli di acque reflue che devono essere trattate o ulteriormente trasformate in combustibili e prodotti chimici. Questo metodo può fornire dati di caratterizzazione che non possono essere prodotti da altre tecniche analitiche, come la gascromatografia unidimensionale o la cromatografia liquida. L'idea di questo metodo è nata quando abbiamo analizzato miscele organiche molto complesse provenienti da processi di produzione di biocarburanti.Per questi esperimenti, utilizzare un gascromatografo dotato di un modulatore di base di raffreddamento a doppio stadio a quattro getti e di uno spettrometro di massa a tempo di volo. Configura il campionatore automatico per iniettare un microlitro di ciascun campione o standard nel gascromatografo o GC. Utilizzare un design a blocchi randomizzati del campione e iniezioni standard per la sequenza dell'autocampionatore, come descritto in letteratura. Assicurarsi che entrambi gli spigoli delle colonne primarie e secondarie siano tagliati dritti senza spigoli vivi.Quindi, collegare le colonne primaria e secondaria utilizzando un connettore a pressione prima del modulatore. Assicurarsi che il rivestimento in vetro, l'O-ring del rivestimento antiaderente, l'iniettore per l'iniettore GC siano nuovi e privi di contaminazione. Quindi, posiziona un feral sulla colonna GC e collega la colonna primaria all'iniettore GC in modo che cinque millimetri di colonna siano all'interno dell'iniettore.Utilizzare una linea di trasferimento feral da un sedicesimo pollice e 0,5 millimetri di diametro interno per collegare la colonna secondaria e la linea di trasferimento. Posizionare una porzione di 0,2 metri della colonna secondaria nella linea di trasferimento. Assicurarsi che nel modulatore si trovi una porzione di 0,1 metri della colonna secondaria.Utilizzare gas elio ad altissima purezza come gas di trasporto per GC a una portata di 1,5 millilitri al minuto. Assicurarsi che ci sia sufficiente azoto liquido nel dewar, che funge da refrigerante nel modulatore, leggendo il livello di azoto liquido utilizzando un manometro collegato all'uscita del dewar. Una lettura di 69 kilopascal del manometro indica che il dewar è pieno, mentre zero kilopascal indica che è vuoto.Assicurarsi che non vi siano perdite importanti nello strumento. Se la lettura del vuotometro del TOF-MS è superiore a 2,7 volte 10 rispetto al quinto pascal negativo per una portata della colonna GC di 1,5 millilitri al minuto, ciò indica una grave perdita nel sistema. Imposta il metodo di controllo qualità o QC ed esegui il protocollo di regolazione del sistema di acquisizione integrato per ottenere la massima risposta del segnale utilizzando il protocollo del produttore.Quindi, esegui i protocolli di ottimizzazione degli strumenti integrati del metodo QC. In serie, esegui i test di messa a fuoco del filamento, messa a fuoco ottica ionica e calibrazione della massa utilizzando il protocollo del produttore. Assicurarsi che il test di calibrazione della massa venga superato.Questo metodo di controllo qualità garantisce che tutti i parametri hardware dello strumento siano a un livello ottimale. Lo strumento deve essere privo di perdite. Questo è un aspetto importante di questa procedura.Un nuovo controllo deve essere eseguito utilizzando il protocollo del produttore. Analizza il rapporto di controllo delle perdite generato controllando la concentrazione relativa di ioni specifici rispetto allo standard interno. Per determinare il periodo di modulazione ottimale del modulatore, selezionare arbitrariamente un periodo di modulazione lungo e iniettare un campione come prima.Identificare il tempo di ritenzione nella seconda dimensione del grafico di contorno, dopo il quale non eluire alcun picco. Selezionare il tempo di ritenzione della seconda dimensione identificato come periodo di modulazione ottimale. Aumentare il periodo di modulazione ed eseguire nuovamente l'analisi se si osserva un wrap-around.I fenomeni di avvolgimento si verificano se i picchi nella seconda dimensione eluiscono al di sotto della linea di base della prima dimensione, come mostrato in questo grafico di contorno. Ripetere questi passaggi fino a determinare il valore ottimale. La configurazione utilizzata in questo studio è unica e importante.Questa combinazione non era stata precedentemente utilizzata per analizzare le frazioni acquose derivanti dalle conversioni di biomassa. Installare una colonna capillare polare come colonna primaria. Installare una colonna capillare non polare come colonna secondaria.Utilizzare gas elio ad altissima purezza come gas di trasporto per GC a una portata di 1,5 millilitri al minuto. Impostare l'iniettore GC su una temperatura di 260 gradi Celsius e un rapporto di divisione da uno a 250. Impostare un programma di temperatura per la colonna primaria che inizia con una temperatura costante di 40 gradi Celsius per 0,2 minuti, seguita da una rampa di temperatura a 260 gradi Celsius a cinque gradi Celsius al minuto, seguita da una temperatura costante di 260 gradi Celsius per cinque minuti.Mantenere la temperatura del modulatore di cinque gradi Celsius superiore a quella della colonna secondaria e la temperatura della colonna secondaria a cinque gradi Celsius superiore a quella della colonna primaria. Utilizzare un periodo di modulazione ottimale di quattro secondi con 0,8 secondi di impulso caldo e 1,2 secondi di impulso freddo, come determinato in precedenza. Quindi, impostare la temperatura della linea di trasferimento a 270 gradi Celsius.Quindi, impostare il ritardo di acquisizione o il ritardo del solvente su zero secondi. Impostare l'intervallo inferiore e superiore di sovraccarico di massa su 35 e 800, quindi impostare la velocità di acquisizione del rivelatore MS su 400 spettri al secondo. Mantenere la tensione del rivelatore MS a 150 volt superiore al valore ottimizzato.Infine, mantenere la temperatura della sorgente di ioni MS a 225 gradi Celsius. Eseguire l'elaborazione dei dati utilizzando il software fornito dal produttore dello strumento. Nel metodo di analisi dei dati, selezionare Calcola linea di base, Trova picchi al di sopra della linea di base, Cerca nella libreria e Calcola l'area e l'altezza.Tenere traccia della linea di base attraverso il file di dati. Immettete l'offset della linea di base come 0.5, quindi immettete la larghezza di picco prevista di 15 secondi nella prima quota e di 0.15 secondi nella seconda dimensione. Impostare il rapporto segnale/rumore su 5000 e valori di somiglianza superiori a 850 per l'identificazione dei composti.Selezionare una libreria spettrale di massa disponibile in commercio per identificare i composti chimici presenti nei campioni e impostare la modalità di ricerca della libreria su inoltro. Elaborare i file di dati con questo metodo di analisi dei dati utilizzando il protocollo del produttore. L'elaborazione del file di dati richiede almeno un'ora.Qui è mostrato un cromatogramma ionico totale ottenuto per la frazione acquosa di alghe bio-grezze, analizzato con una combinazione di colonne polari e non polari. Nell'acqua delle alghe HTL sono stati osservati ossigenati e acidi organici. Oltre agli ossigenati, la fase acquosa contiene composti contenenti azoto, come piridina, pirazina, acetammidi, succinimide e i loro derivati alchilici.Presumibilmente, questi composti sono i prodotti di degradazione delle proteine e dei carboidrati nella biomassa algale. Di seguito sono mostrati i valori di somiglianza e il tempo di ritenzione dei composti chimici presenti nell'acqua delle alghe HTL, utilizzando la combinazione di colonne polari e non polari in forma di tabella. I picchi di alta intensità identificati nel grafico di contorno per la frazione acquosa di alghe bio-greggio sono stati convalidati mediante standard di analisi.Gli standard contenenti acidi organici e composti finali sono stati preparati e analizzati in gascromatografia 2D con spettrometria di massa a tempo di volo. La frazione acquosa delle alghe bio-grezze è stata analizzata anche con la combinazione convenzionale di colonna non polare e polare, che è stata ampiamente utilizzata in letteratura. Come mostrato qui, gli acidi organici e i composti finali presenti nella frazione acquosa delle alghe bio-grezze eluiscono con più di un picco.I valori di somiglianza e il tempo di ritenzione di questi composti chimici sono elencati sotto forma di tabella. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come analizzare i campioni acquosi utilizzando la gascromatografia bidimensionale dotata di spettrometria di massa. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dei biocarburanti per analizzare il flusso acquoso di sottoprodotti ottenuti da conversioni biochimiche, termochimiche e termocatalitiche di biomassa.Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come la gascromatografia unidimensionale e la cromatografia liquida per rispondere a ulteriori domande, come la determinazione quantitativa della concentrazione di composti chimici non identificati. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che i sali non volatili, ad alto contenuto di composti e inorganici non possono essere analizzati utilizzando questa configurazione dello strumento.

qualitative-characterization-aqueous-fraction-from-hydrothermal

Research

Ricerca

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingegneria

Composizione di estratti dei lipidi polari e la composizione in acidi grassi di glycerolipids individuali sono determinati in un esperimento lipidi semplice e robusto profilo. A tal fine, glycerolipids sono isolati per cromatografia su strato sottile e sottoposti a transmetilazione dei loro gruppi acilici. Grassi methylesters acil sono quantificati da gas-cromatografia in fase liquida.

Arabidopsis thaliana Profiling Glycerolipid Polar Cromatografia su strato sottile (TLC) Accoppiato con cromatografia gas-liquido (GLC)

Procedimento per la determinazione del contenuto di acidi grassi e la composizione in microalghe basato su rottura meccanica delle cellule, estrazione dei lipidi solvente, transesterificazione, e quantificazione e identificazione di acidi grassi mediante gascromatografia è descritto. Uno standard interno tripentadecanoin viene utilizzato per compensare le eventuali perdite durante l'estrazione e transesterificazione incompleta.

Analisi di acido grasso contenuto e la composizione in microalghe

Descriviamo un protocollo per la generazione di luce-catalizzata di perossido di idrogeno - cofattore per trasformazioni ossidative.

Enzimatica decarbossilazione Luce-driven

Determinazione precisa della portata dei gas evoluti è la chiave per studiare i dettagli delle reazioni. Forniamo un metodo di analisi quantitativa romanzo di analisi dello spettro caratteristico equivalente per l'analisi di spettro Termogravimetria-massa stabilendo il sistema di calibrazione dello spettro caratteristico e sensibilità relativa, per ottenere il tasso di flusso.

Analisi quantitativa mediante analisi di spettro Termogravimetria-massa per reazioni con i gas evoluti

Questo protocollo descrive un singolo throughput per complementari tecniche analitiche e omiche che culmina in una caratterizzazione completamente accoppiato di sostanza organica naturale e proteomica microbica in ecosistemi differenti. Questo approccio permette confronti robusti per identificare vie metaboliche e trasformazioni importanti per descrivere la produzione di gas serra e predire le risposte al cambiamento ambientale.

Singolo-velocità effettiva complementari ad alta risoluzione tecniche analitiche per la caratterizzazione di miscele complesse di sostanza organica naturale

L'analisi a livello di sistema di biomolecole multiple è fondamentale per ottenere informazioni funzionali e meccanicistiche sui processi biologici. In questo modo, viene descritto un ampio protocollo per l'estrazione ad alta produttività di lipidi, metaboliti, proteine e amido da un singolo campione raccolto dalla coltura sincronizzata di Chlamydomonas.

Un metodo di estrazione multi-omics per l'analisi approfondita delle culture sincronizzate dell'Alga verde Chlamydomonas reinhardtii

Viene descritto un protocollo per utilizzare l'anidride carbonica nei gas di combustione delle centrali elettriche a gas naturale per coltivare microalghe in stagni di pista aperti. L'iniezione di gas di combustione è controllata con un sensore di pH e la crescita delle microalghe viene monitorata con misurazioni in tempo reale della densità ottica.

Accoppiamento della cattura del carbonio da una centrale elettrica con stagni semi-automatizzati Open Raceway per la coltivazione di microalghe

Qui, presentiamo l'estrazione e la preparazione di metaboliti polari e semi-polari da un olobionte di corallo, nonché tessuto ospite di corallo separato e frazioni cellulari di Symbiodiniaceae, per l'analisi gascromatografica-spettrometria di massa.

Gascromatografia-Metabolomica mirata basata sulla spettrometria di massa di campioni di corallo duro

L'inquinamento atmosferico ha un impatto sulla qualità della vita di tutti gli organismi. In questo articolo descriviamo l'utilizzo della biotecnologia delle microalghe per il trattamento del biogas (rimozione simultanea di anidride carbonica e idrogeno solforato) e la produzione di biometano attraverso stagni algali aperti semi-industriali ad alto tasso e successiva analisi dell'efficienza del trattamento, del pH, dell'ossigeno disciolto e della crescita delle microalghe.

Purificazione del biogas attraverso l'uso di un sistema microalga-batterico in stagni semi-industriali ad alta velocità

Viene presentato un metodo per l'analisi metabolomica dell'orzo. Il metodo prevede il frazionamento e la derivatizzazione dei metaboliti e la loro analisi mediante gascromatografia/spettrometria di massa (GC/MS). L'analisi metabolomica può essere utilizzata per determinare l'effetto della consociazione e dello stress da siccità sulla granella.

Analisi metabolomica dell'orzo mediante gascromatografia/spettrometria di massa

Scopri la caratterizzazione della frazione acquosa da idrotermale liquefazione di alghe mediante gascromatografia bidimensionale con spettrometria di massa a tempo di volo. Questo metodo migliora la capacità di picco e la risoluzione per le bioraffinerie.

Caratterizzazione qualitativa della frazione acquosa da idrotermale Liquefazione di alghe Utilizzando 2D gascromatografia con tempo di volo spettrometria di massa (Video) | JoVE Journal

Caratterizzazione qualitativa della frazione acquosa da idrotermale Liquefazione di alghe Utilizzando 2D gascromatografia con tempo di volo spettrometria di massa

Esplora altri video