Caracterização qualitativa da fração aquosa de Hydrothermal Liquefação de algas por cromatografia gasosa 2D com Time-of-flight Espectrometria de Massa

O objetivo geral deste método de aquisição de dados de cromatografia gasosa 2D é caracterizar os subprodutos aquosos obtidos da liquefação hidrotermal, ou HTL, de algas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo dos biocombustíveis, como a identificação das espécies orgânicas que se reportam à fase aquosa durante a forma hidrodinâmica das algas. A principal vantagem dessa técnica é que ela melhora a capacidade de pico, a resolução e uma ampla combinação de compostos químicos.

Este método é importante para gerar dados para biorrefinarias, que produzem volumes consideráveis de águas residuais que devem ser tratadas ou posteriormente processadas em combustíveis e produtos químicos. Este método pode fornecer dados de caracterização que não podem ser produzidos a partir de outras técnicas analíticas, como cromatografia gasosa unidimensional ou cromatografia líquida. Tivemos a ideia desse método pela primeira vez quando estávamos analisando misturas orgânicas muito complexas de processos de produção de biocombustíveis.

Use um cromatógrafo gasoso equipado com um modulador de base de resfriamento de estágio duplo de jato quádruplo e espectrômetro de massa de tempo de voo para esses experimentos. Configure o amostrador automático para injetar um microlitro de cada amostra ou padrão no cromatógrafo gasoso ou GC. Utilizar um delineamento de blocos casualizados de amostra e injeções padrão para a sequência de amostradores automáticos, conforme descrito na literatura. Certifique-se de que ambas as arestas das colunas primárias e secundárias sejam cortadas retas, sem arestas vivas.

Em seguida, conecte as colunas primária e secundária usando um conector apertado antes do modulador. Certifique-se de que o revestimento de vidro, o anel de vedação do revestimento antiaderente, o receptor do injetor GC sejam novos e livres de contaminação. Em seguida, coloque um feral na coluna GC e conecte a coluna primária ao injetor GC de modo que cinco milímetros de coluna fiquem dentro do injetor.

Use ferais de linha de transferência de 16 polegadas e 0,5 milímetro de diâmetro interno para conectar a coluna secundária e a linha de transferência. Coloque uma porção de 0,2 metro da coluna secundária na linha de transferência. Certifique-se de que uma porção de 0.1 metro da coluna secundária esteja no modulador.

Use gás hélio de pureza ultra-alta como gás de arraste para GC a uma taxa de fluxo de 1,5 mililitros por minuto. Certifique-se de que haja nitrogênio líquido suficiente no dewar, que atua como refrigerante no modulador, lendo o nível de nitrogênio líquido usando um manômetro conectado à saída do dewar. Uma leitura de 69 quilopascal do manômetro indica que o dewar está cheio, enquanto zero kilopascals indica que está vazio.

Certifique-se de que não haja grandes vazamentos no instrumento. Se a leitura do medidor de vácuo do TOF-MS for superior a 2,7 vezes 10 elevado aos quintas pascais negativos para uma taxa de fluxo de coluna GC de 1,5 mililitros por minuto, isso indica um grande vazamento no sistema. Configure o controle de qualidade ou método de controle de qualidade e execute o protocolo de ajustes do sistema de aquisição embutido para obter a resposta máxima do sinal usando o protocolo do fabricante.

Em seguida, execute protocolos de otimização de instrumentos embutidos do método QC. Em série, execute testes de foco de filamento, foco óptico de íons e calibração de massa usando o protocolo do fabricante. Certifique-se de que o teste de calibração de massa seja aprovado.

Este método de controle de qualidade garante que todos os parâmetros de hardware do instrumento estejam no nível ideal. O instrumento deve estar livre de vazamentos. Este é um aspecto importante deste procedimento.

Uma nova verificação deve ser realizada usando o protocolo do fabricante. Analise o relatório de verificação de vazamento gerado verificando a concentração relativa de íons específicos ao padrão interno. Para determinar o período de modulação ideal do modulador, selecione arbitrariamente um longo período de modulação e injete uma amostra como antes.

Identifique o tempo de retenção na segunda dimensão do gráfico de contorno, após o qual nenhum pico é eluido. Selecione o tempo de retenção de segunda dimensão identificado como o período de modulação ideal. Aumente o período de modulação e execute a análise novamente se for observado envolvimento.

Os fenômenos de envolvimento ocorrem se os picos na segunda dimensão eluem abaixo da linha de base da primeira dimensão, conforme mostrado neste gráfico de contorno. Repita essas etapas até que o valor ideal seja determinado. A configuração usada neste estudo é única e importante.

Essa combinação não foi usada anteriormente para analisar frações aquosas de conversões de biomassa. Instale uma coluna capilar polar como coluna primária. Instale uma coluna capilar não polar como coluna secundária.

Use gás hélio de pureza ultra-alta como gás de arraste para GC a uma taxa de fluxo de 1,5 mililitros por minuto. Defina o injetor GC para uma temperatura de 260 graus Celsius e uma proporção de divisão de um para 250. Configure um programa de temperatura para a coluna primária que comece com uma temperatura constante de 40 graus Celsius por 0,2 minutos, seguida por uma rampa de temperatura para 260 graus Celsius a cinco graus Celsius por minuto, seguida por uma temperatura constante de 260 graus Celsius por cinco minutos.

Mantenha a temperatura do modulador cinco graus Celsius mais alta que a da coluna secundária e a temperatura da coluna secundária cinco graus Celsius mais alta que a da coluna primária. Use um período de modulação ideal de quatro segundos com 0.8 segundos de pulso quente e 1.2 segundos de pulso frio, conforme determinado anteriormente. Em seguida, defina a temperatura da linha de transferência para 270 graus Celsius.

Em seguida, defina o atraso de aquisição ou atraso do solvente para zero segundos. Defina a faixa inferior e superior de massa sobre carga para 35 e 800 e, em seguida, defina a taxa de aquisição do detector MS para 400 espectros por segundo. Mantenha a tensão do detector MS em 150 volts acima do valor otimizado.

Finalmente, mantenha a temperatura da fonte de íons MS em 225 graus Celsius. Execute o processamento de dados usando o software fornecido pelo fabricante do instrumento. No método de análise de dados, selecione calcular linha de base, localizar picos acima da linha de base, pesquisar na biblioteca e calcular área e altura.

Acompanhe a linha de base por meio do arquivo de dados. Insira o deslocamento da linha de base como 0,5 e, em seguida, insira a largura de pico esperada de 15 segundos na primeira dimensão e 0,15 segundos na segunda dimensão. Defina a relação sinal-ruído como 5000 e valores de similaridade superiores a 850 para identificação de compostos.

Selecione uma biblioteca de espectrais de massa disponível comercialmente para identificar compostos químicos presentes nas amostras e defina o modo de pesquisa da biblioteca para encaminhar. Processe os arquivos de dados com este método de análise de dados usando o protocolo do fabricante. Requer pelo menos uma hora para processar o arquivo de dados.

Aqui é mostrado um cromatograma de íons totais obtido para a fração aquosa de algas bio-brutas, analisado com uma combinação de coluna polar e apolar. Oxigenados e ácidos orgânicos foram observados na água de algas HTL. Além dos oxigenados, a fase aquosa possui compostos contendo nitrogênio, como piridina, pirazina, acetamidas, succinimida e seus derivados alquilados.

Presumivelmente, esses compostos são os produtos de degradação de proteínas e carboidratos na biomassa de algas. Aqui são mostrados os valores de similaridade e tempo de retenção dos compostos químicos presentes na água de algas HTL, usando a combinação de colunas polares e não polares em forma de tabela. Os picos de alta intensidade identificados no gráfico de contorno para a fração aquosa de algas bio-crude foram validados por meio de padrões de análise.

Padrões contendo ácidos orgânicos e compostos finais foram preparados e analisados em cromatografia gasosa 2D com espectrometria de massas por tempo de voo. A fração aquosa de bio-bruto de algas também foi analisada com a combinação de coluna convencional de apolar e polar, que foi amplamente utilizada na literatura. Como mostrado aqui, os ácidos orgânicos e compostos finais presentes na fração aquosa de algas bio-brutas eluem com mais de um pico.

Os valores de similaridade e o tempo de retenção desses compostos químicos estão listados em forma de tabela. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como analisar as amostras aquosas usando cromatografia gasosa bidimensional equipada com espectrometria de massa. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para que pesquisadores da área de biocombustíveis analisassem o fluxo aquoso de subprodutos obtidos a partir de conversões bioquímicas, termoquímicas e termocatalíticas de biomassa.

Após este procedimento, outros métodos, como cromatografia gasosa unidimensional e cromatografia líquida, podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, como determinar quantitativamente a concentração de compostos químicos não identificados. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que não voláteis, com alto teor de compostos e sais inorgânicos não puderam ser analisados usando esta configuração de instrumento.