Caratterizzazione composta azoto nei combustibili mediante cromatografia multidimensionale dei gas

Questo è un metodo per la caratterizzazione dettagliata delle specie di azoto nel jet e nel gasolio. Consente all'utente di generare informazioni a livello di classe composta sulla distribuzione dell'azoto all'interno di un combustibile, che possono fornire una maggiore comprensione del comportamento e delle prestazioni del carburante. Questo metodo utilizza una strumentazione economica e disponibile in commercio, consente la quantificazione da un singolo standard e richiede una preparazione limitata del campione.

Una colonna GC secondaria deve essere in loop all'interno del modulatore. E se non è allineata perfettamente, la cromatografia sarebbe inutile, quindi prenditi il tuo tempo per allinearla. Prima di iniziare un esperimento, eseguire gli standard di calibrazione come indicato e aggiungere un millilitro di ogni standard nei singoli flaconcini gascromatografici.

Per l'installazione a colonna, posizionare innanzitutto una colonna primaria di 30 metri nel forno a gascromatografia e collegare la colonna all'ingresso splitless. Tagliare 2,75 metri della colonna secondaria e utilizzare una penna Wite-Out per posizionare un segno sulla colonna a 0,375 e 1,375 metri. Posizionare la colonna secondaria nel porta colonna modulatore Zoex e utilizzare gli indicatori come guide per creare un loop di un metro all'interno del supporto.

Utilizzare una micro-unione per collegare l'estremità più corta della colonna secondaria alla colonna primaria. Per verificare la corretta connessione, accendere il flusso di gas e inserire l'estremità aperta della colonna in una fiala di metanolo. Una connessione riuscita può essere confermata dalla presenza di bolle.

Posizionare il supporto della colonna nel modulatore e regolare i loop in base alle esigenze in modo che si allenino correttamente con i getti freddi e caldi. Quindi inserire l'altra estremità della colonna nel bruciatore di rilevamento della chemiluminescenza dell'azoto e accendere tutti i bruciatori e i flussi di gas per assicurarsi che non vi siano perdite. Nel software del computer, impostare i parametri dello strumento come indicato nella tabella.

Impostare la temperatura iniziale del forno su 60 gradi Celsius con una velocità di rampa di cinque gradi Celsius al minuto a 160 gradi Celsius. Quando il forno raggiunge la temperatura target, modificare la velocità di rampa a quattro gradi Celsius al minuto fino a quando il forno raggiunge i 300 gradi Celsius, con un tempo di esecuzione totale di 55 minuti per campione. Impostare la temperatura del getto caldo su 100 gradi Celsius superiore alla temperatura del forno in qualsiasi momento.

Quindi impostare l'azoto liquido ausiliario Dewar collegato al gascromatografo per rimanere tra il 20 e il 30% pieno durante la corsa. Per calibrare il gascromatografo, posizionare le fiale campione di gascromatografia contenenti gli standard di carbazolo preparati nello strumento e caricare il metodo precedentemente configurato nel software di gascromatografia. Create una sequenza che aliquotezzi il vuoto all'inizio dell'analisi, seguita dagli standard di carbazolo preparati aumentando la concentrazione.

Una volta completata l'analisi del set standard di calibrazione, utilizzare il software Gas Chromatography Image per caricare ogni cromatogramma, correggere lo sfondo e rilevare ogni picco o blob di carbazolo. In un programma di foglio di calcolo, tracciare la risposta del volume BLOB rispetto alla concentrazione di azoto di ogni standard di calibrazione per creare una curva di calibrazione. La linea di tendenza della curva dovrebbe avere una R al quadrato maggiore o uguale a 0,99.

Per analizzare i campioni, inserire i flaconcini campione di gascromatografia nel vassoio dell'autocampionatore e caricare il metodo configurato in precedenza. Creare una sequenza con uno spazio vuoto all'inizio e dopo ogni cinque campioni per limitare qualsiasi accumulo di combustibile all'interno delle colonne. Quindi verificare che nel Dewar sia disponibile abbastanza azoto liquido per il modulatore e che tutti i parametri dello strumento siano in modalità pronta prima di iniziare la sequenza.

Per analizzare i dati di esempio, aprire il cromatogramma di interesse nel software Gas Chromatography Image per l'analisi dei dati ed eseguire una correzione in background. Per rilevare i BLOB, impostare i parametri del filtro su un'area minima di 25, un volume minimo pari a zero e un picco minimo di 25. Utilizzare la funzione modello Immagine gascromatografia per creare o caricare un modello nelle classi di composti azotati di gruppo appropriate in base ai tempi di eluizione degli standard noti.

Una volta raggruppati tutti i composti, esportare la tabella blob set in un programma di fogli di calcolo e utilizzare la somma, il volume di tutti i BLOB e picchi all'interno di ogni gruppo di classi composte e l'equazione di calibrazione per calcolare la concentrazione in parti per milione per i composti azotati in ogni gruppo. Il carbazolo eluisce a circa 33 minuti dalla colonna primaria e a due secondi dalla colonna secondaria. Non c'è alcun tailing e la risposta standard è al di fuori del rumore.

Qui vengono mostrate una gascromatografia bidimensionale e un cromatogramma di rilevamento della chemiluminescenza dell'azoto con uno standard carbazolo e la tabella blob risultante. Come osservato, ci sono due BLOB rilevati che non rientrano nel tempo di eluizione del carbazolo esclusi dalla tabella BLOB. In queste cifre vengono mostrati un tipico cromatogramma ottenuto con questo metodo su un campione di gasolio e un campione di combustibile a getto.

Tipicamente, il combustibile a getto ha meno composti azotati a concentrazioni inferiori rispetto al gasolio, che può essere chiaramente osservato quando si confrontano i due cromatogrammi. Al contrario, in questa misurazione del campione fallita, il tempo di modulazione non era corretto per la temperatura del forno, con conseguente avvolgimento nella colonna. In questa misurazione fallita del campione, si è verificato un effetto strisciante delle macchie a causa del fatto che i composti vengono trattenuti sulla colonna per troppo tempo e distruggono qualsiasi separazione composta.

Gli standard possono essere utilizzati per determinare i gruppi associati a ciascuna classe di composti azotati, ad esempio, come illustrato in questa figura. Un simile metodo di rilevamento della chemiluminescenza dello zolfo GC-by-GC può anche essere eseguito al fine di fornire ancora più informazioni sul contenuto eteroatomico nel combustibile. Questo metodo consente ai chimici del combustibile di esplorare l'impatto di specifici composti azotati sulla stabilità e le prestazioni del combustibile oltre una tipica misurazione totale dell'azoto.

Sia i campioni di carburante che i solventi sono infiammabili e lo strumento diventa estremamente caldo. Assicurarsi di indossare dispositivi di protezione individuale e non toccare lo strumento a meno che non sia fresco.