Charakterystyka jakościowa frakcji wodnej z hydrotermalnego skraplania glonów przy użyciu chromatografii gazowej 2D ze spektrometrią mas czasu przelotu

Ogólnym celem tej metody pozyskiwania danych z chromatografii gazowej 2D jest scharakteryzowanie wodnych produktów ubocznych otrzymywanych w wyniku hydrotermalnego skraplania glonów (HTL). Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie biopaliw, takie jak identyfikacja gatunków organicznych, które zgłaszają się do fazy wodnej podczas hydrodynamicznego procesu rozwoju glonów. Główną zaletą tej techniki jest to, że poprawia ona pojemność szczytową, rozdzielczość i szerokie zestawienie związków chemicznych.

Metoda ta jest ważna dla generowania danych dla biorafinerii, które wytwarzają znaczne ilości ścieków, które muszą być albo oczyszczane, albo dalej przetwarzane na paliwa i chemikalia. Metoda ta może dostarczyć danych charakterystycznych, których nie można uzyskać za pomocą innych technik analitycznych, takich jak jednowymiarowa chromatografia gazowa lub chromatografia cieczowa. Na pomysł tej metody po raz pierwszy zrodził się rok, gdy analizowaliśmy bardzo złożone mieszanki organiczne z procesów produkcji biopaliw.

Do tych eksperymentów należy użyć chromatografu gazowego wyposażonego w dwustopniowy modulator chłodzący z czterema dyszami i spektrometr masowy czasu przelotu. Skonfigurować automatyczny próbnik tak, aby wstrzykiwał jeden mikrolitr każdej próbki lub wzorca do chromatografu gazowego lub GC. Dla sekwencji automatycznego pobierania próbek należy stosować losowy projekt blokowy próbek i standardowych wstrzyknięć, zgodnie z opisem w literaturze. Upewnij się, że obie krawędzie zarówno słupa głównego, jak i pomocniczego są przycięte prosto, bez ostrych krawędzi.

Następnie należy połączyć kolumnę pierwotną i wtórną za pomocą złącza zaciskowego przed modulatorem. Upewnij się, że szklana wkładka, nieprzywierająca wkładka, O-ring, cewka rozprężna wtryskiwacza GC są nowe i wolne od zanieczyszczeń. Następnie umieść dzikus na kolumnie GC i podłącz kolumnę pierwotną do wtryskiwacza GC tak, aby pięć milimetrów kolumny znalazło się wewnątrz wtryskiwacza.

Użyj dzikich linii przesyłowych o średnicy szesnastej cala i średnicy wewnętrznej 0,5 milimetra, aby połączyć kolumnę wtórną i linię przesyłową. Umieść 0,2-metrową część kolumny pomocniczej w linii przesyłowej. Upewnij się, że w modulatorze znajduje się część kolumny wtórnej o długości 0.1 metra.

Używaj helu o ultrawysokiej czystości jako gazu nośnego do GC przy natężeniu przepływu 1,5 mililitra na minutę. Upewnij się, że w dewarze jest wystarczająca ilość ciekłego azotu, który działa jak chłodziwo w modulatorze, odczytując poziom ciekłego azotu za pomocą manometru przymocowanego do wylotu dewara. Odczyt manometru 69 kilopaskali wskazuje, że dewar jest pełny, podczas gdy zero kilopaskali oznacza, że jest pusty.

Upewnij się, że w przyrządzie nie ma większych wycieków. Jeśli odczyt próżniometru TOF-MS jest wyższy niż 2,7 razy 10 do ujemnej kwinty paskali dla natężenia przepływu w kolumnie GC 1,5 mililitra na minutę, oznacza to poważny wyciek w systemie. Skonfiguruj metodę kontroli jakości lub kontroli jakości i uruchom wbudowany protokół regulacji systemu akwizycji, aby uzyskać maksymalną odpowiedź sygnału przy użyciu protokołu producenta.

Następnie uruchom wbudowane protokoły optymalizacji urządzeń metodą kontroli jakości. Szeregowo przeprowadź testy ostrości żarnika, ostrości jonowej optyki i kalibracji masy przy użyciu protokołu producenta. Upewnij się, że test wzorcowania wzorcowania masy zakończył się pomyślnie.

Ta metoda kontroli jakości zapewnia, że wszystkie parametry sprzętowe urządzenia są na optymalnym poziomie. Przyrząd powinien być wolny od wycieków. Jest to ważny aspekt tej procedury.

Ponowną kontrolę należy przeprowadzić przy użyciu protokołu producenta. Przeanalizuj wygenerowany raport z kontroli szczelności, sprawdzając względne stężenie określonych jonów w stosunku do wzorca wewnętrznego. Aby określić optymalny okres modulacji modulatora, dowolnie wybierz długi okres modulacji i wstrzyknij próbkę jak poprzednio.

Zidentyfikuj czas retencji w drugim wymiarze wykresu konturowego, po upływie którego nie dochodzi do elucji pików. Wybierz zidentyfikowany czas retencji drugiego wymiaru jako optymalny okres modulacji. Wydłuż okres modulacji i ponownie przeprowadź analizę, jeśli zaobserwuje się zawijanie.

Zjawiska zawijania występują, gdy piki w drugim wymiarze eluują poniżej linii bazowej pierwszego wymiaru, jak pokazano na tym wykresie konturu. Powtarzaj te kroki, aż zostanie określona optymalna wartość. Konfiguracja zastosowana w tym badaniu jest unikalna i ważna.

Ta kombinacja nie była wcześniej używana do analizy frakcji wodnych pochodzących z konwersji biomasy. Zainstaluj biegunową kolumnę kapilarną jako kolumnę podstawową. Zainstaluj niepolarną kolumnę kapilarną jako kolumnę drugorzędną.

Używaj helu o ultrawysokiej czystości jako gazu nośnego dla GC o natężeniu przepływu 1,5 mililitra na minutę. Ustaw wtryskiwacz GC na temperaturę 260 stopni Celsjusza i współczynnik podziału jeden do 250. Skonfiguruj program temperatury dla kolumny podstawowej, który zaczyna się od stałej temperatury 40 stopni Celsjusza przez 0,2 minuty, po której następuje wzrost temperatury do 260 stopni Celsjusza przy pięciu stopniach Celsjusza na minutę, a następnie stała temperatura 260 stopni Celsjusza przez pięć minut.

Utrzymuj temperaturę modulatora o pięć stopni Celsjusza wyższą niż temperatura kolumny wtórnej, a temperaturę kolumny wtórnej o pięć stopni Celsjusza wyższą niż temperatura kolumny pierwotnej. Użyj optymalnego okresu modulacji wynoszącego cztery sekundy z 0,8 sekundy gorącego impulsu i 1,2 sekundy zimnego impulsu, jak określono wcześniej. Następnie ustaw temperaturę linii przesyłowej na 270 stopni Celsjusza.

Następnie ustaw opóźnienie akwizycji lub opóźnienie rozpuszczalnika na zero sekund. Ustaw dolny i górny zakres masy nad ładunkiem na 35 i 800, a następnie ustaw szybkość akwizycji detektora MS na 400 widm na sekundę. Utrzymuj napięcie detektora MS na poziomie 150 woltów wyższym niż wartość zoptymalizowana.

Na koniec utrzymuj temperaturę źródła jonów MS na poziomie 225 stopni Celsjusza. Przetwarzanie danych należy wykonać za pomocą oprogramowania dostarczonego przez producenta urządzenia. W metodzie analizy danych wybierz opcję Oblicz linię bazową, znajdź szczyty powyżej linii bazowej, przeszukaj bibliotekę oraz oblicz powierzchnię i wysokość.

Śledź linię bazową w pliku danych. Wprowadź odsunięcie linii bazowej jako 0,5, a następnie wprowadź oczekiwaną szerokość piku wynoszącą 15 sekund w pierwszym wymiarze i 0,15 sekundy w drugim wymiarze. Ustaw stosunek sygnału do szumu na 5000 i wartości podobieństwa większe niż 850 w celu identyfikacji związków.

Wybierz dostępną na rynku bibliotekę widm masowych, aby zidentyfikować związki chemiczne obecne w próbkach, a następnie ustaw tryb wyszukiwania w bibliotece na przekazywanie. Przetwarzaj pliki danych za pomocą tej metody analizy danych przy użyciu protokołu producenta. Przetworzenie pliku danych zajmuje co najmniej godzinę.

Pokazano tutaj chromatogram jonów całkowitych uzyskany dla wodnej frakcji biosury alg, analizowany za pomocą kombinacji kolumn polarnych i niepolarnych. W wodzie z algami HTL zaobserwowano natlenienia i kwasy organiczne. Oprócz natleniaczy w fazie wodnej znajdują się związki zawierające azot, takie jak pirydyna, pirazyna, acetamidy, sukcynimid i ich pochodne alkilowe.

Przypuszczalnie związki te są produktami rozkładu białek i węglowodanów w biomasie glonów. Przedstawiono tutaj wartości podobieństwa i czas retencji związków chemicznych obecnych w wodzie z alg HTL, przy użyciu kombinacji kolumn polarnych i niepolarnych w formie tabeli. Piki o wysokiej intensywności zidentyfikowane na wykresie konturowym dla wodnej frakcji biosury z alg zostały zweryfikowane za pomocą analizy standardów.

Wzorce zawierające kwasy organiczne i związki końcowe przygotowano i przeanalizowano w chromatografii gazowej 2D ze spektrometrią mas czasu przelotu. Wodna frakcja biosury z alg była również analizowana za pomocą konwencjonalnej kombinacji kolumnowej niepolarnej i polarnej, która była szeroko stosowana w literaturze. Jak pokazano tutaj, kwasy organiczne i związki końcowe obecne we frakcji wodnej biosurowej glonów eluują się z więcej niż jednym pikiem.

Wartości podobieństwa i czas retencji tych związków chemicznych są wymienione w formie tabeli. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak analizować próbki wodne za pomocą dwuwymiarowej chromatografii gazowej wyposażonej w spektrometrię mas. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się biopaliwami do analizy wodnego strumienia produktów ubocznych uzyskanych w wyniku biochemicznych, termochemicznych i termokatalitycznych konwersji biomasy.

Po tej procedurze można przeprowadzić inne metody, takie jak jednowymiarowa chromatografia gazowa i chromatografia cieczowa, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak ilościowe określanie stężenia niezidentyfikowanych związków chemicznych. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że nie można analizować soli nielotnych, wysoko-chemicznych i nieorganicznych przy użyciu tej konfiguracji urządzenia.