Name: 飛行時間型質量分析法と2Dガスクロマトグラフィーを用いて藻類の水熱液化からの水性画分の質的特性評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 44 s
Description: 学ぶ 2次元ガスクロマトグラフィーと飛行時間型質量分析法を用いて藻類の水熱液化から得られた水性副産物の有機化合物を特性評価する方法。ピーク容量と分離能を向上させ、バイオリファイナリーの廃水管理に有用なデータを提供する。

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本稿では、米国エネルギー省との契約番号DE-AC05-76RL01830下バテル記念研究所によって作成されました。米国政府は、保持しており、出版社は、出版物のために記事を受け入れることによって、米国政府が何を他の人に公開したり、この原稿の発行したフォームを再現する、または許可する非独占的、払込、取消不能の、世界的なライセンスを保持していることを認めますそう、米国政府の目的のために。

1.試料の調製<ol><li>文献10,11に見られる反応器の設計および実験手順に従って、藻類の連続流HTLを経由して混合水溶液/有機生成物の流れを生成します。 </li><li>水相と有機相に生成物ストリームを分離するために、重力分離器を使用してください。 </li><li> GC-TOF-MS分析×GCのために4℃に維持冷蔵庫に0.45μmのシリンジフィルターとストアを使用してHTL水相を10mlのフィルタ。 </li></ol> 2.機器のコンポーネント<ol><li>これらの実験のためのクワッドジェットデュアルステージ冷却系モジュレーター及び飛行時間型（TOF）質量分析計（MS）を備えたガスクロマトグラフ（GC）を使用します。 </li><li> GCに各サンプルまたは標準の1μLを注入するオートサンプラーを設定します。文献13に記載されているように、オートサンプラのシーケンスのためのサンプルおよび標準注射の無作為化ブロックデザインを使用してください。 randomiZEDブロックの設計は、一般的に機器の動作を制御するために定量的な研究で使用されています。私たちの研究室では、機器の動作を確認することも比較試験において日常的なデザインを採用しています。 </li><li>変調器の前にプレスタイトコネクタを使用して、プライマリとセカンダリ列を接続します。プライマリとセカンダリの両方の列の両端をプレスタイトコネクタに接続する前に、シャープなエッジずにまっすぐにカットされていることを確認してください。 </li><li> GCカラムにフェルールを配置し、その列の5ミリメートルは、インジェクタの内部にあるように、GCインジェクタにプライマリ列を接続します。 </li><li> GCインジェクタのため、ガラスライナー、ノンスティックライナOリング、セプタムが新しいと汚染の自由であることを確認してください。 </li><li>二列および移送ラインを接続するために1月16日×0.5ミリメートルID移送ラインのフェルールを使用してください。移送ラインに二列の0.2メートル部分を配置します。 </li><li>二列の0.1メートルの部分が変調器であることを確認してください。 </li><li>超高純度ヘリウムを使用します分1.5ミリリットルの流量でGCのためのキャリアガスとしてガス-1。 </li><li>変調器内の冷却剤として機能するデュワーに十分な液体窒素があることを確認します。デュワー内の液体窒素のレベルは、その出口に取り付けられた圧力ゲージを使用して予測することができます。 0 kPaのは、それが空であることを示している圧力計69 kPaでの読みは、デュワーがいっぱいであることを示しています。 </li></ol> 3.プロトコルサンプルを分析する前に<ol><li>楽器には大きな漏れがないことを確認してください。 TOF-MSの真空計の読みを1.5ml分-1 GCカラム流量用以上2.7×10 -5 Paである場合、これは、システムの主要な漏れを示します。 </li><li>品質管理（QC）メソッドを-設定し、製造業者のプロトコルを使用して、最大信号応答を達成するために、内蔵 &#39;収集システムの調整」プロトコルを実行します。 </li><li>シリーズで、内蔵QC法の「楽器の最適化」プロトコルの実行 - filam耳鼻咽喉科フォーカス、イオン光学焦点と製造業者のプロトコルを用いた質量較正試験。質量キャリブレーション・テストに合格していることを確認してください。このQC方法は、機器のすべてのハードウェアパラメータを最適なレベルであることが保証されます。 </li><li>製造業者のプロトコルを使用して、 &quot;リークチェック」を実行します。自動的にリークチェックレポートを生成し分析します。相対的な28の濃度（N 2）のことを確認して、32（O 2）と18（水分）イオンはそれぞれ、10％未満、3％と69イオンの内部標準質量スペクトルの5％未満でなければなりません。 </li><li>製造業者のプロトコルを使用して曲TOF-MS。 </li><li>サンプルおよび標準を分析しながらも、前とリークチェック後に品質管理方法と同様にTOF-MSチューンプロトコルを実行します。 </li></ol>変調器の最適な変調周期を決定する4.プロトコル<ol><li>任意の長変調周期（ 例えば、10秒または13秒）を選択します。 2.2で説明したようにサンプルを注入します。 </li><li&gt;は何のピークが溶出しない、その後等高線図の第2次元での保持時間を特定します。最適な変調周期として識別された第2次元保持時間を選択します。 図2は明らかに等高線図の第2次元での保持時間の識別を明らかにする。 </li><li>ステップ4.1で使用される変調周期を増やして、再度解析を行う「ラップアラウンド」場合は18を観察されます。二次元におけるピークは最初の次元のベースラインより下に溶出する場合はラップアラウンド現象が発生します。 「ラップアラウンド」の例の等高線図は、補足情報図3に示されています。 </li><li>最適値が決定されるまで繰り返し、4.2と4.3のステップ。 </li></ol>インストゥルメントセットアップ5.実験パラメータ<ol><li>プライマリ列と非極性（2.3 MX 0.25ミリメートル×0.5μmの膜厚）カピラなどの極性（60 MX 0.25ミリメートル×0.5μmの膜厚）キャピラリカラムを取り付け二列としてRY列。湿気、空気と新しいGCカラムに関連した汚染物質の痕跡量を除去するために、少なくとも2時間、プライマリとセカンダリの両方の列を焼きます。 </li><li> 1.5ミリリットル分-1の流量でGC用のキャリアガスとして超高純度のヘリウムガスを使用してください。 </li><li> 250：260°Cの温度と1のスプリット比にGCインジェクタを設定します。 </li><li> 5分間、260℃の一定温度に続いて5℃分-1で260℃まで温度上昇が続く0.2分間、40℃の一定温度プライマリカラムの以下の温度プログラムを使用します。 </li><li>二列および第1カラムよりも高い5℃での二次カラム温度よりも変調器温度5℃を高く維持します。 </li><li>ホットパルスの0.8秒と冷たいパルスの1.2秒と4秒の最適な変調周期を使用してください。この値は、宗派に記載のプロトコルに基づいて決定されますイオン4。 </li><li> 270℃に移送ライン温度を設定します。 </li><li> 0秒に取得遅延や溶剤の遅延を設定します。 </li><li>それぞれ、35および800としてのm / zのより低いおよびより高い範囲を設定します。 </li><li> 400スペクトル/秒でMS検出器取得速度を設定します。 </li><li>最適化された値よりも高い150 VでMS検出器の電圧を維持します。 </li><li> 225℃でのMSイオン源温度を維持します。 </li></ol> 6.データ解析<ol><li>機器製造業者によって供給されるソフトウェアを用いてデータ処理を行います。 </li><li>データ解析方法で、次のタスクを選択します - 計算のベースライン、ベースラインより上のピークを見つけ、ライブラリ検索や計算がある/高さ。 </li><li>データファイルを使用してベースラインを追跡します。 0.5のようにベースラインオフセットを入力します。 二次元で最初の次元と0.15秒で15秒の予想ピーク幅を入力します。 </li><li> 5,000として信号対雑音比を設定し、同定のために&gt; 850の類似値化合物のfication。 </li><li>サンプル中に存在する化学化合物を同定し、転送するようにライブラリ検索モードを設定するには、市販のマススペクトルライブラリを選択します。 </li><li>製造業者のプロトコルを使用して、このデータ解析方法を使用してデータファイルを処理します。これは、データ・ファイルを処理するために少なくとも1時間を必要とします。 </li></ol>

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

結果は、前のサンプル調製技術なし藻類バイオ原油の水性画分に存在する極性化合物および光揮発性物質を解決するための極性×非極性の列の組み合わせの能力を示しています。非極性×極性カラムの組み合わせを使用しながら、急激なピークテーリングは、有機酸及びN-化合物について観察されました。このピークテーリングは、初期溶出光有機物のために観察されませんでした。楽器を検証する（TOF-MSの真空を1.5ml分-1のGCキャリアガス流量のために2.7×10 -5 Paの下にあった）漏れの自由であると、この現象が再現可能となっています。プレスタイトコネクタ内の場合、またはデッドボリュームに問題があった場合の動作は、クロマトグラム全体に観察されるであろうことを、コールドジェット流量が過剰であることが予想されます。しかし、遅くても溶出化合物（図に識別されない）ではない尾を行います。したがって、我々は、これがaqueの結果であると結論しますOUの試料注入/カラム構成の組合せ。 スプリット比は、スプリットフローに失われた量に対するカラムに入る試料の体積です。高いスプリ...

液体燃料の需要の着実な成長、有限の化石燃料資源、化石燃料供給の不確実性、および大気中の温室効果ガスの濃度の増加に対する懸念は、再生可能な資源1のグローバル意識が高まっています。 （太陽光発電と太陽熱を含む）、太陽エネルギー、風力エネルギー、水力、地熱、バイオマスは、潜在的に、化石由来のエネルギー2を置き換えることができ、一次再生可能なエネルギー源です。これらの中で、バイオマスは、液体輸送燃料及び高価値の化学物質3の製造のための唯一の炭素ベースの代替エネルギー資源です。バイオマスは、森林資源、農業残渣、藻類、油糧種子、都市固形廃棄物、および炭素に富んだ産業廃棄物として任意の有機材料を含む（ 例えば 、紙パルプ産業から、または食品加工から）1。 COMに基づいて、リグノセルロース及び非木質原料：バイオマスは2つのカテゴリに分類され、位置特性。非木質原料は、タンパク質、炭水化物および脂質/油4を持っていながら、リグノセルロース系バイオマスは、炭水化物及びリグニンから構成されています。持続可能な栽培と5,6を収穫している場合陸生植物由来リグノセルロース原料は、唯一の現在の液体燃料（ガソリン、ジェット燃料、およびディーゼル）需要の30％を満たすことができます。したがって、このような微細藻類および真菌のような非木質水生微生物は、リグノセルロース資源を補完するために再生可能な液体燃料の生産のための潜在的な原料と考えられています。 微細藻類原料は、現在の液体輸送燃料は7,8を要求満足させる可能性を秘めています。高面積生産性8、低品質、汽水、または海水9で増殖する能力、およびエネルギー密度の高いトリグリセリドまたは炭化水素7,8を蓄積する能力：藻類は多くの利点を持っています。水熱液化（HTL）が実行可能でスケーラブル共同で自然に藻類や水生原料10,11に関連した水を利用してnバージョンのプロセス。これは、燃料ブレンドストック中にアップグレードすることができ、液体製品、またはバイオの粗を生成し、10から25 MPaでの250から400°Cと動作圧力の作動温度で熱化学プロセスです。バイオの粗藻類のHTLから生産は、区別可能と容易に分離有機層と水画分を持っています。バイオ原油の有機画分を効率的に触媒水素化処理プロセス11を介して、製油所レディブレンド株式に転換することができます。バイオ原油の水性画分は〜藻類原料中の全炭素存在の30％が含まれています。数千の化合物は、HTL水流中で同定されているが、主な画分ピロールなどの炭水化物および脂質の分解により形成され、そして窒素複素環（ピリジン（酸、アルコール、ケトン、およびアルデヒドを含む）、低分子量の含酸素化合物から構成され、ピラジンタンパク質分解12由来のES、およびイミダゾール）。全体的なプロセスの経済性を向上させるために水性画分を利用するだけでなく、持続可能性に関する研究が進行中です。合成ガスは、触媒の水熱ガス化10,13、14を介して藻類バイオ原油の水性画分から製造することができます。また、水性画分中の有機物はまた、触媒燃料添加剤と特殊化学品に変換することができます。水性液相中の有機物の変換のための触媒水熱ガス化と触媒スクリーニング研究の最適化に関する研究は、パシフィック・ノースウェスト国立研究所（PNNL）で現在進行中です。この作品、定性的なだけでなく、藻類のバイオ原油の水性画分の定量的な特徴づけのために必要とされます。藻類バイオ原油の水性画分は廃棄物の流れを考えているので、藻類バイオの粗13,15の水性画分を分析した研究はほとんどあります。また、最近の研究では、高付加価値バイオ製品にこのHTL藻水を変換すると、HTLベースのバイオ精製所11の持続可能性だけでなく、経済性を改善するだろうと結論付けました。したがって、この研究は、飛行時間型質量分析（GC-TOF-MS×GC）に結合された二次元ガスクロマトグラフィーによって藻類のHTLから得られた生体粗製の水性画分の定性的特性解析のための方法の開発に焦点を当てました。 GC-TOF-MSは、化合物の同定のための解像度（またはサンプル中の化学化合物の分離）を増加させるための最も有望なクロマトグラフ分析技術、ピーク容量（分解されたピークの、すなわち数）、信号対雑音比である（×GC ）高い信頼度で、化学化合物16の共溶出を回避します。解像度、ピーク容量、及びノイズ信号の比を最大にするために、異なる固定相を有する2つのGCカラムは圧入Cを用いて直列に接続されていますonnectorまたはマイクロユニオン17（本研究で用いたGC-TOF-MSシステム×GCのブロック図である図1を参照）。変調器は再フォーカス、トラップにプレスフィットコネクタと二列の間に位置しており、二次コラム18に第1カラムからの流出物を再注入されます。 図1に示すように、変調は、本研究では二列に起こる。二カラムを次に移送ラインアセンブリを介してTOF-MSに接続されています。 GC-TOF-MS×GCは、原油16,19、ガソリン、ジェット燃料、ディーゼル、バイオディーゼル、バイオ燃料の有機画分として定性的並びに有機試料の定量分析のために以前に使用されました20-熱化学だけでなく、熱触媒変換から生成された22は 23,24を処理します 。 GC-TOF-MS機器、長い​​非極性カラムワット×GCでこれらの有機サンプルの特徴づけのための短い極性カラムは、二列として使用しながら、一次カラムとして使用されます。この従来のカラム構成は、第二次元18で極性が続く最初の次元を超えるボラティリティの差を利用する化学化合物を解決します。準備が17,25-30ステップを通して試料があった後、水または水サンプルの生物学的プロセスから、食品加工、及び環境廃棄物も、同様のプライマリ/セカンダリ列構成を使用して特徴づけました。そのような誘導体化、固相抽出、及び有機溶媒抽出などのサンプル調製技術は、すべてのGC-TOF-MS分析17,27-29,31,32×GCに先立って使用されてきました。これらの技術は、従来のカラム構成33を使用して、分析のために試料中の化合物の極性が減少することを目的としました。代替戦略は、試料の性質に基づいて、本研究で使用した（水中ここで、極性有機化合物）GC-TOF-MS分析×GCのリバースプライマリ/セカンダリカラム構成を利用します。バイオ原油HTLから製造の水性画分ので、極性化合物13を有し、一次極性カラムと第二非極性カラムのカラムの組み合わせは、任意の上流の試料調製なしGC-TOF-MS×GCで使用しました。このプライマリ/セカンダリ列の組み合わせは、二次元の変動が続く最初の次元を超える極性の差に基づいて化学物質を、解決します。制限された分析方法は、前のサンプル処理15することなく、二次元ガスクロマトグラフィーを用いて、水性試料の特徴付けのために、文献中に存在します。 本研究の目的は、藻類バイオ原油の水性画分中に存在する化学化合物を決定することでした。この目的を達成するために、GC-TOF-MSデータ取得方法×GCは、極性の列の列の組み合わせを用いて開発された（プリム進））、非極性（二×。 Klenn ら 。 （2015）は、プライマリ列に対して、第1カラム（特に60メートルGCカラム）と二列のオフセット温度を下げるの長さを増加させると、ピークキャパシティと解像度16-18を最大化することを示唆しました。したがって60 m個のプライマリカラムと5°Cは、本研究で使用した主要なカラムに対して二カラムの温度をオフセット。最適変調周期は、この研究に記載されているプロトコル（セクション4を参照）に従って決定しました。 GCカラム温度の最適ランプ速度は、試行錯誤法によって決定され、文献16〜18に提案された値と同様であるしました。水性サンプルのため、この列の組み合わせの利点を議論するために、我々は、極性、非極性×の従来のカラムの組み合わせでHTL藻類の水試料を分析しました。文献で提案動作パラメータは、水性を分析するために使用しました非極性×極性カラムの組み合わせ18と藻類バイオ原油の分数。

<table><tbody><tr><td>GC &times;GC&#8211;TOF/MS</td><td>Leco</td><td>PEG4D11DLN15</td><td>Commercial Pegasus 4D</td></tr><tr><td>ChromaTOF バージョン 4.50&nbsp;</td>このカラムから<td>Leco</td><td></td><td>データ解析ソフトウェア</td></tr><tr><td>Rxi-5MS GCカラム</td><td>Restek</td><td>13420</td><td>2.3 mカラムを使用しました。</td></tr><tr><td>Stabilwax GCカラム</td><td>Restek</td><td>10626</td><td></td></tr><tr><td>HP-5 GCカラム</td><td>Agilent</td><td>19091J-416</td><td></td></tr><tr><td>Stabilwax GCカラム</td><td>Restek</td><td>15121</td><td></td></tr><tr><td>プレスタイトコネクタ</td><td>Restek</td><td>20430</td><td></td></tr><tr><td>GCインジェクターライナー</td><td>Restek</td><td>23305.5</td><td></td></tr><tr><td>GCインジェクターフェルール</td><td>Agilent</td><td>5181-3323</td><td></td></tr><tr><td>焦げ付き防止ライナーOリング</td><td>Agilent</td><td>5188-5365</td><td></td></tr><tr><td>トランスファーラインフェルール</td><td>Restek</td><td>20212</td><td></td></tr><tr><td>エタノール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459844</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>アセトン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>414689</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>酢酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320099</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>2-ブタノン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>360473</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>プロパン酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>402907</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>ブタン酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>19215</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>ピリジン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270970</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>ピラジン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65693</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>アセトアミド</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>695122</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>2,5-ピロリジドン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9381</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>N-メチルスクシンイミド</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>325384</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr><tr><td>N-(2-ヒドロキシエチル)スクシンイミド</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>444073</td><td>クロマトグラフィーグレード</td></tr></tbody></table>

飛行時間型質量分析法と2dガスクロマトグラフィーを用いて藻類の水熱液化からの水性画分の質的特性評価

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

飛行時間型質量分析と結合した二次元ガスクロマトグラフィーは、複雑な混合物中の化学成分を同定および定量化するための強力なツールです。多くの場合、ガソリン、ジェット燃料、ディーゼル、バイオディーゼル、バイオ原油/バイオオイルの有機画分を分析するために使用されます。これらの分析のほとんどでは、分離の最初の次元は、極性の分離に続いて、非極性です。バイオ燃料の生産からバイオ原油と他の水性サンプルの水性画分を同様のカラムの組み合わせで検討されています。しかしながら、このような誘導体化、溶媒抽出、固相抽出などの試料調製技術が必要でした 分析前に。この研究では、藻類の熱水液化から得られた水性画分を、続いて第一の次元での極性分離を用いた従来の試料調製技術なしで飛行時間型質量分析計と結合した二次元ガスクロマトグラフィーによって特徴付けられました第二の非極性分離による。この分析からの二次元プロットは、より伝統的なカラム構成から得られたものと比較しました。藻類バイオ原油の水性画分の定性的な特性評価の結果を詳細に議論されています。飛行時間型質量分析と結合した二次元ガスクロマトグラフィーによる水性試料中の有機物の特性評価のための非極性の分離に続いて、極性分離を使用することの利点が強調されています。

国家に対して検索することによって同定される化合物の非極性極性×が図に示されているの列の組み合わせで分析藻類バイオ原油の水性画分について得られた全イオンクロマトグラム（TIC）4。保持時間と類似または一致係数値標準技術研究所（NIST）のライブラリーを、 表1にまとめた。そして（酢酸、プロピオン酸及びブタン酸など）、有機酸（例えばcyclopenatanone、フラン化合物dianhydromannitolなど）含酸素化合物は、HTL藻類水34で観察されました。これらの化学物質は、正孔輸送層13中の藻類炭水化物画分の分解から形成することができます。含酸素化合物に加えて、水相は、例えば、ピリジン、ピラジン、アセトアミド、スクシンイミドおよびそのアルキル誘導体などの窒素含有化合物（N-化合物）を有します。おそらく、これらの化合物は、proteの分解生成物であります藻類バイオマス4,35でイン。 <p cl...

藻類の熱水液化から生成されるバイオ原油の水性画分の特性評価のために、2次元ガスクロマトグラフィー飛行時間型質量分析法が説明されています。このプロトコルは、高速熱分解、触媒高速熱分解、触媒脱酸素、および水素化処理からの液体製品の水性画分を分析するためにも使用できます。

飛行時間型質量分析法と2Dガスクロマトグラフィーを用いて藻類の水熱液化からの水性画分の質的特性評価

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

この2Dガスクロマトグラフィーデータ取得法の全体的な目標は、藻類の熱水液化(HTL)から得られる水性副産物の特性評価です。この方法は、藻類の流体力学的方法で水相に報告する有機種の同定など、バイオ燃料分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、ピークキャパシティ、分離能、および化合物の広範な組み合わせが向上することです。この方法は、処理するか、さらに燃料や化学薬品に処理する必要がある大量の廃水を生成するバイオリファイナリーのデータを生成するために重要です。この方法では、1次元ガスクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィーなどの他の分析手法では作成できない特性評価データを提供できます。この手法のアイデアを思いついたのは、バイオ燃料の生産プロセスから発生する非常に複雑な有機混合物を分析していたときでした。これらの実験には、クアッドジェットデュアルステージ冷却ベース変調器と飛行時間型質量分析計を備えたガスクロマトグラフを使用します。オートサンプラーを設定して、各サンプルまたは標準試料を1マイクロリットルをガスクロマトグラフまたはGCに注入します。文献に記載されているように、オートサンプラー配列にはサンプル注入と標準注入のランダム化ブロックデザインを使用します。プライマリカラムとセカンダリカラムの両方のエッジが、鋭いエッジなしでまっすぐにカットされていることを確認します。次に、モジュレーターの前にプレスタイトコネクタを使用してプライマリカラムとセカンダリカラムを接続します。GCインジェクターのグラスライナー、焦げ付き防止ライナーOリング、インセプターが新品で汚染されていないことを確認してください。次に、GCカラムにフェラルを置き、プライマリカラムをGCインジェクターに接続して、インジェクター内に5mmのカラムが入るようにします。16分の1インチと内径0.5ミリメートルのトランスファーラインフェラルを使用して、セカンダリーコラムとトランスファーラインを接続します。二次柱の0.2メートルの部分をトランスファーラインに配置します。セカンダリ カラムの 0.1 メートルの部分がモジュレーターにあることを確認します。GCのキャリアガスとして、超高純度のヘリウムガスを毎分1.5ミリリットルの流量で使用します。デュワー出口に取り付けられた圧力計を使用して液体窒素のレベルを読み取ることにより、モジュレーターの冷却剤として機能するデュワーに十分な液体窒素があることを確認します。圧力計の 69 キロパスカルの読み取り値はデュワーがいっぱいであることを示し、0 キロパスカルはデュワーが空であることを示します。機器に大きな漏れがないことを確認してください。TOF-MSの真空計の読み取り値が、1.5ミリリットル/分のGCカラム流量で10の負の5倍よりも大きい場合、これはシステム内の大きな漏れを示しています。品質管理法またはQCメソッドを設定し、内蔵の集録システム調整プロトコルを実行して、メーカーのプロトコルを使用して最大の信号応答を実現します。次に、QCメソッドの組み込み機器最適化プロトコルを実行します。直列に、フィラメントフォーカス、イオン光学フォーカス、および質量キャリブレーションテストをメーカーのプロトコルを使用して実行します。質量キャリブレーションテストに合格していることを確認します。このQC方法により、機器のすべてのハードウェアパラメータが最適なレベルにあることが保証されます。機器には漏れがあってはなりません。これは、この手順の重要な側面です。再チェックは、製造元のプロトコルを使用して実行する必要があります。生成されたリークチェックレポートを、内部標準に対する特定のイオンの相対濃度をチェックして分析します。モジュレーターの最適な変調周期を決定するには、長い変調周期を任意に選択し、以前と同様にサンプルを注入します。コンタープロットの 2 次元で保持時間を特定し、その後ピークが溶出しないことを確認します。特定された 2 次元の保持時間を最適な変調期間として選択します。変調期間を長くし、ラップアラウンドが観察された場合は再度解析を実行します。ラップアラウンド現象は、この等高線プロットに示すように、2 次元のピークが 1 次元のベースラインより下に溶出する場合に発生します。最適値が決定されるまで、これらの手順を繰り返します。この調査で使用した構成は、ユニークで重要です。この組み合わせは、これまでバイオマス変換からの水性画分の分析には使用されていませんでした。極性キャピラリーカラムをプライマリカラムとして取り付けます。非極性キャピラリーカラムをセカンダリカラムとして取り付けます。GCのキャリアガスには、超高純度のヘリウムガスを毎分1.5ミリリットルの流量で使用します。GCインジェクターを摂氏260度、分割比を1〜250に設定します。一次カラムの温度プログラムを、摂氏 40 度の一定温度で 0.2 分間開始し、その後、摂氏 5 度/分で摂氏 260 度まで温度上昇し、その後、摂氏 260 度の一定温度で 5 分間行うように設定します。モジュレーターの温度はセカンダリーコラムより5°C高く、セカンダリーコラムの温度は1次カラムより5°C高く保つ。前に決定したように、0.8 秒のホット パルスと 1.2 秒のコールド パルスで 4 秒の最適な変調周期を使用します。次に、トランスファーラインの温度を摂氏270度に設定します。次に、取得遅延または溶媒遅延をゼロ秒に設定します。質量オーバーチャージの下限と上限の範囲を 35 と 800 に設定し、MS 検出器の取り込み速度を 400 スペクトル/秒に設定します。MS 検出器の電圧を最適化値より 150 ボルト高く維持します。最後に、MS イオン源の温度を摂氏 225 度に保ちます。機器メーカーが提供するソフトウェアを使用してデータ処理を実行します。データ解析方法では、基線の計算を選択し、基線より上のピークを検出し、ライブラリを検索し、面積と高さを計算します。データファイルを使用してベースラインを追跡します。ベースラインオフセットを 0.5 として入力し、1 次元目に 15 秒、2 次元目に 0.15 秒の予想ピーク幅を入力します。化合物の同定のために、S/N 比を 5000 に設定し、類似性の値を 850 より大きい値に設定します。市販のマススペクトルライブラリを選択してサンプル中に存在する化合物を同定し、ライブラリ検索モードをフォワードに設定します。このデータ分析方法で、製造元のプロトコルを使用してデータファイルを処理します。データファイルの処理には少なくとも1時間かかります。ここに示されているのは、極性および非極性のカラムの組み合わせで分析された、藻類バイオ原油の水性画分について得られた全イオンクロマトグラムです。HTL藻類水中では、酸素化物と有機酸が観察されました。酸素化物に加えて、水相には、ピリジン、ピラジン、アセトアミド、スクシンイミド、およびそれらのアルキル誘導体などの窒素含有化合物があります。おそらく、これらの化合物は藻類バイオマス中のタンパク質と炭水化物の分解生成物です。ここに示されているのは、HTL 藻類水中に存在する化合物の類似性値と保持時間を、極性と非極性のカラムの組み合わせを表形式で使用しています。藻類バイオ原油の水性画分の等高線プロットで同定された高強度ピークは、標準試料の分析によって検証されました。有機酸と末端化合物を含む標準試料を調製し、飛行時間型質量分析法を用いた2Dガスクロマトグラフィーで分析しました。藻類バイオ原油の水性画分も、文献で広く使用されている非極性と極性の従来のカラムの組み合わせで分析されました。ここに示すように、藻類バイオ原油の水性画分に存在する有機酸と末端化合物は、複数のピークで溶出します。これらの化合物の類似性値と保持時間は、表形式でリストされています。このビデオを見れば、質量分析を備えた2次元ガスクロマトグラフィーを使用して水性サンプルを分析する方法を十分に理解できるはずです。その開発後、この技術は、バイオ燃料の分野の研究者が、バイオマスの生化学的、熱化学的、および熱触媒的な変換から得られる副産物の水性の流れを分析するための道を開きました。この手順に続いて、未確認の化合物の濃度を定量的に決定するなどの追加の質問に答えるために、一次元ガスクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィーなどの他の方法を実行できます。この手順を試行する際、この装置構成では不揮発性塩、高化合物塩、無機塩を分析できなかったことを覚えておくことが重要です。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

極性脂質抽出物の組成と個々のグリセロ脂質の脂肪酸組成は、シンプルで堅牢な脂質プロファイリング実験で決定されます。この目的のために、グリセロ脂質は薄層クロマトグラフィーによって分離されているとそのアシル基のメチル基移転を行った。脂肪酸アシルメチルエステルをガス -...

気-液クロマトグラフィー（GLC）とあいまって薄層クロマトグラフィー（TLC）によりシロイヌナズナポーラーグリセロ脂質プロファイリング

機械的な細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、エステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸の同定に基づく微細藻類中の脂肪酸含量および組成の決定のための方法が記載されている。 tripentadecanoin内部標準抽出及び不完全なエステル交換時の損失の可能性を補償するために使用される。...

微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

我々は、過酸化水素の光触媒生成のためのプロトコルを記述 - 酸化的変換のための補因子です。...

光駆動酵素的脱炭酸

進化したガスの流量の精密測定は、反応の詳細を研究するキーです。我々...

ガス発生反応の熱重量測定-質量スペクトル解析による定量的解析

このプロトコルでは、相補的な分析とオミックス技術の天然有機物と異なる生態系における微生物のプロテオミクスの完全にペアの特性で最高潮に達する単一のスループットについて説明します。この方法は、代謝と環境変化への応答を予測する温室効果ガス生産を記述するため重要な変換を識別するための堅牢な比較を許可します。...

シングル スループット複雑な天然有機物の混合物の評価の補完的な高解像度分析の手法

複数の生体分子のシステム全体の分析は、生物学的プロセスに関する機能的および機械的な洞察を得るために重要です。本明細書により、同期クラミドモナス培養から採取された単一のサンプルから脂質、代謝産物、タンパク質およびデンプンの高スループット抽出について広範なプロトコルが記載されている。...

緑藻クラミドモナス・ラインハルトティの同期培養物の詳細分析のためのマルチオミクス抽出法

天然ガス発電所の煙道ガス中の二酸化炭素を利用して、オープンな軌道上の池で微細藻類を栽培するためのプロトコルが記載されている。煙道ガス注入はpHセンサーで制御され、微細藻類の成長は光学密度のリアルタイム測定で監視されます。...

発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

ここでは、ガスクロマトグラフィー質量分析のために、サンゴのホロビオントからの極性および半極性代謝産物の抽出と調製、ならびに分離されたサンゴの宿主組織とSymbiodiniaceae細胞分画を紹介します。...

ガスクロマトグラフィー-質量分析に基づくハードコーラル試料のターゲットメタボロミクス

大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。...

準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

オオムギのメタボローム解析の方法を紹介します。この分析法では、代謝物の分画と誘導体化、およびガスクロマトグラフィー/質量分析(GC/MS)による分析を行います。メタボローム解析を使用して、間作と干ばつストレスが穀物に及ぼす影響を判断できます。...

ガスクロマトグラフィー/質量分析法によるオオムギのメタボローム解析

学ぶ 2次元ガスクロマトグラフィーと飛行時間型質量分析法を用いて藻類の水熱液化から得られた水性副産物の有機化合物を特性評価する方法。ピーク容量と分離能を向上させ、バイオリファイナリーの廃水管理に有用なデータを提供する。

飛行時間型質量分析法と2Dガスクロマトグラフィーを用いて藻類の水熱液化からの水性画分の質的特性評価

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