Kwalitatieve Karakterisering van de waterfractie van hydrothermale liquefactie van algen gebruiken 2D gaschromatografie met Time-of-flight massaspectrometrie

Het algemene doel van deze 2D-gaschromatografie-methode voor dataverwerving is om de waterige bijproducten te karakteriseren die worden verkregen uit hydrothermale liquefactie, of HTL, van algen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvraagstukken in de biobrandstofsector, zoals de identificatie van de organische soorten die zich rapporteren in de waterige fase tijdens de hydrodynamische omzetting van algen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het de piekcapaciteit, resolutie en een brede collectie van chemische verbindingen verbetert.

Deze methode is belangrijk om gegevens te genereren voor bio-raffinaderijen, die aanzienlijke volumes afvalwater produceren die ofwel moeten worden behandeld of verder verwerkt tot brandstoffen en chemicaliën. Deze methode kan karakteriseringsgegevens leveren die niet kunnen worden geproduceerd door andere analytische technieken, zoals eendimensionaal gaschromatografie of vloeistofchromatografie. We hadden voor het eerst het idee voor deze methode toen we zeer complexe organische mengsels analyseerden uit biobrandstofproductieprocessen.

Gebruik een gaschromatograaf uitgerust met een quad-jet dual-stage koelbasis-modulator en tijd-van-vlucht massaspectrometer voor deze experimenten. Configureer de autosampler om één microliter van elk monster of standaard in de gaschromatograaf of GC te injecteren. Gebruik een gerandomiseerd blokontwerp voor monster- en standaardinjecties voor de autosamplersequentie, zoals beschreven in de literatuur. Zorg ervoor dat beide randen van zowel de primaire als de secundaire kolommen recht zijn gesneden zonder scherpe randen.

Verbind vervolgens de primaire en secundaire kolommen met behulp van een press-tight-connector voor de modulator. Zorg ervoor dat de glazen voering, de non-stick voering O-ring en de inceptor voor de GC-injector nieuw zijn en vrij van verontreiniging. Plaats vervolgens een feral op de GC-kolom en verbind de primaire kolom met de GC-injector zodat vijf millimeter van de kolom in de injector zit.

Gebruik transferlijn ferals van één zestiende inch en 0,5 millimeter binnendiameter om de secundaire kolom en de overdrachtslijn te verbinden. Plaats een 0,2 metergedeelte van de secundaire kolom in de overdrachtslijn. Zorg ervoor dat een 0,1 metergedeelte van de secundaire kolom zich in de modulator bevindt.

Gebruik ultra-hoge zuiverheid heliumgas als dragergas voor GC bij een stroomsnelheid van 1,5 milliliter per minuut. Zorg ervoor dat er voldoende vloeibare stikstof in de dewar is, die als koelmiddel in de modulator fungeert, door het niveau van vloeibare stikstof af te lezen met behulp van een drukmeter die is bevestigd aan de uitlaat van de dewar. Een lezing van 69 kilopascal van de drukmeter geeft aan dat de dewar vol is, terwijl nul kilopascal aangeeft dat deze leeg is.

Zorg ervoor dat er geen grote lekken in het instrument zijn. Als de vacuümmeterwaarde van de TOF-MS hoger is dan 2,7 keer 10 tot de min vijfde pascal voor een GC-kolomstroomsnelheid van 1,5 milliliter per minuut, duidt dit op een groot lek in het systeem. Stel de kwaliteitscontrole of QC-methode in en voer het ingebouwde acquisitiesysteem aanpassingsprotocol uit om maximale signaalrespons te bereiken volgens het protocol van de fabrikant.

Voer vervolgens de ingebouwde instrumentoptimalisatieprotocollen van de QC-methode uit. Voer in serie filamentfocus, ionoptische focus en massakalibratietests uit volgens het protocol van de fabrikant. Zorg ervoor dat de massakalibratietest slaagt.

Deze QC-methode zorgt ervoor dat alle hardwareparameters van het instrument op een optimaal niveau staan. Het instrument moet vrij zijn van lekken. Dit is een belangrijk aspect van deze procedure.

Er moet een controle worden uitgevoerd met behulp van het protocol van de fabrikant. Analyseer het gegenereerde lekkencontrolerapport door de relatieve concentratie van specifieke ionen ten opzichte van de interne standaard te controleren. Om de optimale modulatieperiode van de modulator te bepalen, selecteer willekeurig een lange modulatieperiode en injecteer een monster zoals voorheen.

Identificeer de retentietijd in de tweede dimensie van het contourplot, waarna geen pieken elueren. Selecteer de geïdentificeerde retentietijd in de tweede dimensie als de optimale modulatieperiode. Verhoog de modulatieperiode en voer de analyse opnieuw uit als er wrap-around wordt waargenomen.

Wrap-around-fenomenen treden op als de pieken in de tweede dimensie onder de basislijn van de eerste dimensie elueren, zoals te zien is in dit contourplot. Herhaal deze stappen totdat de optimale waarde is bepaald. De configuratie die in deze studie wordt gebruikt, is uniek en belangrijk.

Deze combinatie werd niet eerder gebruikt om waterige fracties uit biomassaconversies te analyseren. Installeer een polaire capillaire kolom als primaire kolom. Installeer een non-polaire capillaire kolom als secundaire kolom.

Gebruik ultra-hoge zuiverheid heliumgas als dragergas voor GC bij een stroomsnelheid van 1,5 milliliter per minuut. Stel de GC-injector in op een temperatuur van 260 graden Celsius en een split-ratio van één tot 250. Stel een temperatuurprogramma in voor de primaire kolom dat begint met een constante temperatuur van 40 graden Celsius gedurende 0,2 minuten, gevolgd door een temperatuurstijging tot 260 graden Celsius met vijf graden Celsius per minuut, gevolgd door een constante temperatuur van 260 graden Celsius gedurende vijf minuten.

Houd de modulatortemperatuur vijf graden Celsius hoger dan die van de secundaire kolom en de secundaire kolomtemperatuur vijf graden Celsius hoger dan die van de primaire kolom. Gebruik een optimale modulatieperiode van vier seconden met 0,8 seconden hete puls en 1,2 seconden koude puls, zoals eerder bepaald. Stel vervolgens de temperatuur van de overdrachtslijn in op 270 graden Celsius.

Stel vervolgens de acquisitievertraging of oplosmiddelvertraging in op nul seconden. Stel de lagere en hogere waaier van massa over lading in op 35 en 800, stel vervolgens de acquisitiesnelheid van de MS-detector in op 400 spectra per seconde. Houd de spanning van de MS-detector 150 volt hoger dan de geoptimaliseerde waarde.

Houd tenslotte de temperatuur van de MS-ionenbron op 225 graden Celsius. Voer gegevensverwerking uit met behulp van de software die door de fabrikant van het instrument is geleverd. Selecteer in de gegevensanalysemethode: baseline berekenen, pieken boven de baseline