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Bioengineering

Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry

Published: March 6, 2016 doi: 10.3791/53634
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Chemical & Biological Process Development, Pacific Northwest National Laboratory

Abstract

Zweidimensionale Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Identifizierung und Quantifizierung von chemischen Komponenten in komplexen Mischungen. Es wird oft zu analysieren Benzin, Jet-Fuel, Diesel, Bio-Diesel und die organische Fraktion von Bio-Rohöl / Bio-Öl verwendet. In den meisten dieser Analysen ist die erste Dimension der Trennung unpolare, durch eine polare Trennung. Die wässrigen Fraktionen von Bio-Rohöl und andere wässrige Proben aus Biokraftstoffproduktion wurden mit ähnlichen Spaltenkombinationen untersucht. Jedoch Probenvorbereitungstechniken wie Derivatisierung, Lösungsmittelextraktion und Festphasenextraktion notwendig waren vor der Analyse. In dieser Studie wurden durch zweidimensionale Gaschromatographie wässrigen Fraktionen aus der hydrothermalen Verflüssigung von Algen gewonnen wurden, ohne vorherige Probenvorbereitungstechniken mit time-of-flight-Massenspektrometrie gekoppelt gekennzeichnet eine polare Trennung in der ersten Dimension verwendet, gefolgtdurch eine nicht-polare Trennung in der zweiten. Zweidimensionale Plots aus dieser Analyse wurden mit denen aus der traditionellen Säulenkonfiguration verglichen. Ergebnisse aus qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktionen von Algen bio-Rohöl werden ausführlich diskutiert. Die Vorteile der Verwendung eines polaren durch eine unpolare Trennung gefolgt Trennung zur Charakterisierung von organischen Stoffen in wässrigen Proben mittels zweidimensionaler Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie werden hervorgehoben.

Introduction

Stetiges Wachstum in der Nachfrage nach flüssigen Brennstoffen, die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe, die Unsicherheit der Versorgung mit fossilen Brennstoffen, und die Sorgen über die zunehmende Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre haben 1 für nachwachsende Rohstoffe weltweit das Bewusstsein erhöht. Solarenergie (einschließlich der Photovoltaik und solarthermische), Windenergie, Wasserkraft, Geothermie und Biomasse sind die wichtigsten erneuerbaren Quellen , die möglicherweise mit fossilen Energieprodukt 2 ersetzen könnte. Von diesen ist Biomasse die einzige Kohlenstoff basierende alternative Energiequelle für die Herstellung von flüssigen Kraftstoffen und hochwertige Chemikalien 3. Biomasse umfasst alle organischen Material, wie Waldressourcen, landwirtschaftlichen Abfällen, Algen, Ölsaaten, feste Siedlungsabfälle und kohlenstoffreiche Industrieabfälle (zB aus der Zellstoff- und Papierindustrie oder der Lebensmittelverarbeitung) 1. Biomasse wird in zwei Kategorien eingeteilt: Lignocellulose-und nicht-holzigen Einsatzstoffe auf Basis von comPositionscharakteristika. Lignocellulose - Biomasse besteht aus Kohlenhydraten und Lignin, während nicht-holzigen Einsatzstoffe haben Proteine, Kohlenhydrate und Lipide / Öle 4. Lignocellulose - Einsatzmaterial, von terrestrischen Pflanzen gewonnen werden , können nur 30% der aktuellen flüssigen Kraftstoff (Benzin, Düsentreibstoff und Dieselkraftstoff) erfüllen die Nachfrage , wenn nachhaltig angebauten und geernteten 5,6. Daher nicht holzigen Wasser Mikroorganismen wie Mikroalgen und Pilzen, werden als potenzielle Einsatzstoffe für die Produktion von erneuerbaren flüssigen Brennstoffen Lignocellulose-Ressourcen zu ergänzen.

Microalgae Einsatzmaterialien haben das Potenzial , zu aktuellen flüssigen Kraftstoffen verlangen 7,8 erfüllen. Algen haben viele Vorteile: hohe Flächenproduktivität 8, die Fähigkeit , in geringer Qualität, Brack- oder Meerwasser 9, und die Fähigkeit zu wachsen 7,8 energiereichen Triglyceride oder Kohlenwasserstoffe zu akkumulieren. Die hydrothermale Verflüssigung (HTL) ist eine praktikable und skalierbare conversion Prozess, der 10,11 Wasser natürlich im Zusammenhang mit Algen oder Wassereinsatzstoffe verwendet. Es ist ein thermo-chemisches Verfahren mit Betriebstemperaturen von 250-400 ° C und Betriebsdrücke von 10-25 MPa, die ein flüssiges Produkt erzeugt, oder Bio-Rohöl, das in einer Kraftstoffmischkomponente aufgerüstet werden kann. Bio-Rohöl aus HTL von Algen produziert hat unterscheidbar und leicht trennbar organischen und wässrigen Fraktionen. Die organische Fraktion von Bio-Rohöl kann effizient durch katalytische Hydrobehandlungsverfahren 11 in einer Raffinerie bereit Mischkomponente umgewandelt werden. Die wässrige Fraktion von Bio-Rohöl enthält ~ 30% der gesamten Kohlenstoff in der Beschickung Algen. Obwohl Tausende von Verbindungen in der HTL wässrigen Strom identifiziert wurde, bestehen die vorherrschende Fraktionen mit niedrigem Molekulargewicht Oxygenate (einschließlich Säuren, Alkohole, Ketone und Aldehyde) durch den Abbau von Kohlenhydraten gebildet und Lipiden und Stickstoffheterocyclen (einschließlich Pyrrole, Pyridine , pyrazinES und Imidazole) , abgeleitet von Proteinzersetzungs 12. Studien über die wässrige Fraktion unter Verwendung von insgesamt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sowie die Nachhaltigkeit zu verbessern, sind im Gange. Synthesegas kann aus der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl durch katalytische hydrothermale Vergasung 10,13, 14 hergestellt werden. Alternativ organics in der wässrigen Fraktion auch katalytisch zur Kraftstoffadditive und Spezialchemikalien umgewandelt werden können. Forschung auf die katalytische hydrothermale Vergasung und Katalysator-Screening-Studien zur Umwandlung von organischen Stoffen in der wässrigen flüssigen Phase der Optimierung ist derzeit im Gange am Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Für diese Arbeit wird sowohl qualitative als auch quantitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von Algen Bio-Rohöl erforderlich. Da die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohöl ist ein Abfallstrom betrachtet, gibt es sehr wenige Studien, die die wässrige Fraktion von Algen bio-rohes 13,15 analysiert. Außerdem jüngstenStudien zu dem Schluss , dass diese HTL Algen Wasser in hochwertige Bio-Produkte umzuwandeln , die Nachhaltigkeit sowie Wirtschaftlichkeit eines HTL-basierten Bioraffinerie 11 verbessern würde. Deshalb fokussiert diese Studie ein Verfahren zur qualitativen Charakterisierung der wässrigen Fraktion von Bio-Rohöl aus HTL von Algen durch zweidimensionale Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie (GC × GC-TOF-MS), erhalten auf die Entwicklung.

GC × GC-TOF-MS ist die vielversprechendste chromatographische analytische Technik Auflösung (oder Trennung von chemischen Verbindungen in einer Probe) zu erhöhen, Spitzenleistung (dh Anzahl der aufgelösten Peaks), Signal-Rausch - Verhältnis (zur Identifizierung von chemischen Verbindungen , mit hoher Konfidenz) und Co-Elution von chemischen Verbindungen 16 zu vermeiden. Um Auflösung, Spitzenleistung und das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren, zwei GC-Säulen mit verschiedenen stationären Phasen sind in Reihe mit einem Preßsitz c verbundenonnector oder Mikro-union 17 (siehe Abbildung 1 , die ein Blockdiagramm des GC × GC-TOF-MS - System in dieser Studie verwendet wird). Ein Modulator zwischen dem Presssitzanschluss und sekundären Säulen zu stoppen befindet, neu auszurichten und wieder injizieren die Abwässer aus der primären Säule in die zweite Säule 18. Modulation tritt auf der Sekundärsäule in der vorliegenden Studie als in 1 gezeigt. Die sekundäre Säule dann in die TOF-MS über eine Übertragungsleitungsanordnung verbunden ist.

GC × GC-TOF-MS wurde zuvor für die qualitative und quantitative Analyse von organischen Proben wie Rohöl 16,19, Benzin, Jet-Fuel, Diesel, Bio-Diesel, und der organische Anteil der Bio-Kraftstoff verwendet 20- 22 aus thermo-chemischen sowie thermo-katalytische Umwandlung verarbeitet 23,24 hergestellt. Zur Charakterisierung dieser organischen Proben in GC × GC-TOF-MS-Instrumente, eine lange unpolaren Säule wwie als primäre Spalte verwendet, während eine kurze polare Säule als sekundäre Säule verwendet wurde. Diese herkömmliche Säulenkonfiguration löst chemische Verbindungen , basierend auf Unterschieden in Volatilität über der ersten Dimension, gefolgt von der Polarität in der zweiten Dimension 18. Wässrige oder Wasserproben aus biologischen Prozessen, Lebensmittelverarbeitung und Umwelt Abfälle wurden charakterisiert auch mit ähnlichen Primär- / Sekundärspaltenkonfigurationen , nachdem die Probe war durch die Vorbereitung 17,25-30 Schritte. Probenvorbereitungstechniken wie Derivatisierung, Festphasenextraktion und organischen Lösungsmittelextraktion wurden alle vor verwendet worden × GC-TOF-MS - Analyse 17,27-29,31,32 an GC. Diese Techniken wurden bei Verringerung der Polarität der Verbindungen in der Probe für die Analyse unter Verwendung einer herkömmlichen Spaltenkonfiguration 33 ausgerichtet. Eine alternative Strategie wurde in dieser Studie verwendet auf der Grundlage der Art der Probe (hier polaren organischen Verbindungen in Wasser)Verwendung der umgekehrten primären / sekundären Säulenkonfiguration für GC × GC-TOF-MS-Analyse. Da der wässrigen Fraktion von Bio-Rohöl aus HTL hergestellten polaren Verbindungen 13, eine Säulenkombination eines primären polaren Säule und einem sekundären unpolare Säule wurde im GC × GC-TOF-MS ohne vorgeschalteten Probenvorbereitung eingesetzt. Diese primäre / sekundäre Säulenkombination löst chemische Verbindungen auf Basis von Unterschieden in der Polarität über die erste Dimension, durch die Volatilität in der zweiten Dimension gefolgt. Begrenzte analytische Verfahren existieren in der Literatur für die Charakterisierung von wässrigen Proben unter Verwendung von zweidimensionalen Gaschromatographie ohne vorherige Probenaufbereitung 15.

Das Ziel dieser Studie war es, die chemischen Verbindungen, die in der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl zu bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen, eine GC × GC-TOF-MS Datenerfassungsmethode wurde mit einer Säule Kombination von polaren Säule (prim entwickeltary) × unpolare (sekundär). Klenn et al. (2015) vorgeschlagen , dass die Länge der Primärsäule Erhöhung (insbesondere 60 m GC - Säulen) und Absenken des Offset - Temperatur der sekundären Säule in Bezug auf die Primärsäule Spitzenleistung zu maximieren würde und Auflösung 16-18. Daher ist eine 60 m Primärsäule und 5 ° C Offset-Temperatur der sekundären Säule in Bezug auf die primäre Säule wurden in dieser Studie verwendet. Die optimale Modulationsperiode bestimmt wurde ein Protokoll in dieser Studie beschriebenen folgenden (siehe Abschnitt 4). Die optimale Anstiegsrate von GC Säulentemperatur wurde durch einen Versuch und Irrtum - Methode bestimmt und ist vergleichbar mit dem Wert in der Literatur vorgeschlagen 16-18. Um die Vorteile dieser Säulenkombination für wässrige Proben diskutieren haben wir HTL Algen Wasserproben mit der herkömmlichen Säulenkombination aus unpolaren × polar analysiert. Betriebsparameter in der Literatur vorgeschlagen wurden zur Analyse der wässrigen eingesetztFraktion von Algen bio-Rohöl mit einem unpolaren × polaren Säulenkombination 18.

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Protocol

1. Probenvorbereitung

  1. Generieren eines gemischten wässrigen / organischen Produktstrom über eine kontinuierliche Strömung HTL von Algen nach dem Reaktordesign und experimentelle Verfahren in der Literatur 10,11 gefunden.
  2. Verwenden Sie einen Schwerkraftabscheider den Produktstrom in eine wässrige Phase und organische Phase zu trennen.
  3. Filter 10 ml der HTL wässrigen Phase unter Verwendung eines 0,45 & mgr; m Spritzenfilter und im Kühlschrank bei 4 ° C für GC × GC-TOF-MS-Analyse erhalten.

2. Gerätekomponenten

  1. Verwenden Sie einen Gaschromatographen (GC), ausgestattet mit einem Quad-Jet zweistufigen Kühl-basierten Modulator und Time-of-Flight (TOF) Massenspektrometer (MS) für diese Experimente.
  2. Konfigurieren Sie den Autosampler zu injizieren 1 ul jeder Probe oder Standard in den GC. Verwenden Sie einen randomisierten Blockdesign von Probe und Standard - Injektionen für die Autosampler - Sequenz als 13 in der Literatur beschrieben. Die randomized Blockbauweise wird in quantitativen Studien zur Steuerung für den Betrieb des Gerätes verwendet. Unser Labor verwendet das Design routinemäßig auch in vergleichenden Studien Instrument Betrieb zu überprüfen.
  3. Schließen Sie die primäre und sekundäre Spalte eine Pressedichten Stecker vor dem Modulator. Stellen Sie sicher, dass beide Ränder beider primären und sekundären Säulen sind gerade geschnitten, ohne scharfe Kanten vor der Presse dichten Stecker zu verbinden.
  4. Platzieren Zwinge auf der GC-Säule und anschließend Primärsäule in die GC-Injektor verbinden, so dass 5 mm Säule innerhalb des Injektors ist.
  5. Stellen Sie sicher, dass Glaseinsatz, Antihaft-Liner O-Ring und Septen für GC Injektor sind neu und frei von Verunreinigungen.
  6. Verwenden Sie 1/16 x 0,5 mm ID Transferleitung Zwingen die sekundäre Spalte und Übertragungsleitung zu verbinden. Legen Sie eine 0,2 m Teil der Sekundär Spalte in der Transferleitung.
  7. Sicherzustellen, dass ein 0,1 m Teil der Sekundärkolonne im Modulator ist.
  8. Verwenden Sie Helium höchster ReinheitGas als Trägergas für GC bei einer Flussrate von 1,5 ml min -1.
  9. Sicherzustellen, dass in dem Dewar ausreichend flüssigem Stickstoff, der als Kühlmittel in den Modulator wirkt. Das Niveau des flüssigen Stickstoffs in dem Dewar kann ein Manometer an seinem Ausgang vorhergesagt werden. A 69 kPa Lesen des Manometer zeigt an, dass die Dewar voll ist, während 0 kPa zeigt an, dass er leer ist.

3. Protokolle Vor Analyse von Proben

  1. Stellen Sie sicher, es keine größeren Lecks im Gerät sind. Wenn der Vakuummeters Lesen des TOF-MS ist höher als 2,7 × 10 -5 Pa für 1,5 ml min -1 GC Säule Strömungsrate, zeigt dies ein großes Leck im System.
  2. Aufbau der Qualitätskontrolle (QC) Methode und laufen in-built "Erfassungssystem Anpassungen" Protokoll maximale Signalantwort unter Verwendung von Protokoll des Herstellers zu erreichen.
  3. Führen Sie in-built "Instrument Optimierung" Protokolle von QC-Verfahren, in Serie - filament Fokus, Ionenoptik Fokus und Massentests Kalibrierung Protokoll des Herstellers verwendet wird. Stellen Sie sicher, dass Massenkalibrierung Test besteht. Das QC-Verfahren stellt sicher, dass alle Hardware-Parameter des Instruments auf einem optimalen Niveau.
  4. Führen Sie eine "Dichtigkeitsprüfung" mit Protokoll des Herstellers. Analysieren Sie erzeugt automatisch Dichtigkeitsprüfung Bericht. Sicherzustellen , dass die relative Konzentration von 28 (N 2), 32 (O 2) und 18 (Feuchtigkeit) -Ionen unter weniger als 10% sein darf, 3% und 5% der internen Standard - Massenspektren von 69 - Ion, respectively.
  5. Stimmen Sie die TOF-MS Protokoll des Herstellers.
  6. Führen Sie Qualitätskontrollverfahren sowie TOF-MS tune-Protokoll vor und nach der Dichtigkeitsprüfung und auch während Proben und Standards zu analysieren.

4. Protokoll der optimalen Modulationsperiode des Modulators zu bestimmen

  1. Willkürlich wählen Sie einen langen Modulationsperiode (zB 10 sec oder 13 sec). Injizieren einer Probe wie in 2.2 beschrieben.
    2. dar. 2 deutlich die Identifizierung der Retentionszeit in der zweiten Dimension der Konturplot aufzuklären.
  2. Erhöhen Sie die Zeit Modulation in Schritt 4.1 und die Analyse erneut durchführen , wenn "Wrap - around" 18 beobachtet. Umschlingen Erscheinungen tritt auf, wenn die Spitzen in der zweiten Dimension unterhalb der Basislinie der ersten Dimension eluiert. Beispiel Konturdiagramm für 'allumfassenden' wird in ergänzenden Informationen Abbildung 3 dargestellt.
  3. Wiederholen Sie die Schritte 4.2 und 4.3 bis optimalen Wert bestimmt wird.

5. Experimentelle Parameter Instrument Set-up

  1. Installieren einer polaren (60 mx 0,25 mm x 0,5 & mgr; m Filmdicke) Kapillarsäule als Primärsäule und einem unpolaren (2,3 mx 0,25 mm x 0,5 & mgr; m Filmdicke) capillary Spalte als sekundäre Spalte. Backen sowohl die Primär- und Sekundärspalte für mindestens 2 Stunden zur Entfernung von Spurenmengen an Feuchtigkeit, Luft und Verunreinigungen mit neuen GC-Säulen verbunden.
  2. Verwenden ultrareinen Heliumgas als Trägergas für GC bei einer Flussrate von 1,5 ml min -1.
  3. Stellen Sie die GC-Injektor auf eine Temperatur von 260 ° C und einem Teilungsverhältnis von 1: 250.
  4. Verwenden das folgende Temperaturprogramm für die Primärsäule: eine konstante Temperatur von 40 ° C für 0,2 min durch einen Temperaturanstieg gefolgt bis 260 ° C bei 5 ° C min -1, gefolgt von einer konstanten Temperatur von 260 ° C für 5 min.
  5. Aufrechterhaltung der Modulator Temperatur 5 ° C höher ist als die der Sekundärsäule und der sekundären Säulentemperatur bei 5 ° C höher ist als die der Primärsäule.
  6. Verwenden Sie eine optimale Modulationsperiode von 4 Sekunden mit 0,8 sec heißen Puls und 1,2 sec kaltem Puls. Dieser Wert wird auf dem Protokoll in Sekte beschrieben bestimmt basierendIonen-4.
  7. Stellen Sie den Übertragungsleitungstemperatur bis 270 ° C.
  8. Stellen Sie den Erwerb Verzögerung oder Lösungsmittel Verzögerung auf 0 sec.
  9. Stellen Sie den unteren und höheren Bereich von m / z 35 und 800, beziehungsweise.
  10. Stellen Sie den MS-Detektor Erfassungsrate bei 400 Spektren / s.
  11. Pflegen Sie die MS Detektorspannung bei 150 V höher als der optimierte Wert.
  12. Pflegen Sie die MS-Ionenquellentemperatur bei 225 ° C.

6. Datenanalyse

  1. Führen Sie die Datenverarbeitung unter Verwendung der Software vom Hersteller des Instruments geliefert.
  2. Wählen Sie die folgenden Aufgaben in der Datenanalysemethode - Compute Beginn der Studie finden Spitzen oberhalb der Basislinie, Bibliothek suchen und zu berechnen sind / Höhe.
  3. Verfolgen Sie die Basislinie durch die Datendatei. Geben Sie Baseline Offset als 0,5.
    Eingeben erwarteten Spitzenbreite von 15 sec in der ersten Dimension und 0,15 sec in der zweiten Dimension.
  4. Eingestellt Signal-Rausch-Verhältnis als 5,000 und Ähnlichkeitswerte von> 850 für identifizierung von Verbindungen.
  5. Wählen Sie eine im Handel erhältliche Massenspektrenbibliothek zu chemischen Verbindungen, die in den Proben zu identifizieren und die Bibliotheks-Suchmodus eingestellt zu übermitteln.
  6. Verarbeiten Sie die Datendateien mit dieser Datenanalysemethode unter Verwendung von Protokoll des Herstellers. Es erfordert zumindest 1 h, eine Datendatei zu verarbeiten.

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Representative Results

Insgesamt Ionenchromatogramm (TIC) für die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohöl mit einer Säulenkombination polarer × unpolare ist in 4 gezeigt analysiert erhalten. Die Retentionszeiten und die Ähnlichkeit oder Übereinstimmung Faktorwerte der Verbindungen , die durch die Suche gegen Nationale identifiziert Institute of Standards and Technology (NIST) Bibliothek sind in Tabelle 1 tabelliert. Oxygenate (wie cyclopenatanone, Furanderivate und Dianhydromannit) und organische Säuren (zB Essigsäure, propan~~POS=TRUNC und butan~~POS=TRUNC) wurden in HTL Algenwasser 34 beobachtet. Diese Chemikalien können aus dem Abbau der Algen Kohlenhydratfraktion während der HTL 13 gebildet werden. Zusätzlich zu Oxygenaten weist die wässrige Phase stickstoffhaltige Verbindungen (N-Verbindungen), wie Pyridin, Pyrazin, acetamide, Succinimid und ihre Alkyl-Derivate. Vermutlich sind diese Verbindungen die Abbauprodukte von ProteIns in Algenbiomasse 4,35.

Die Hochintensitätsspitzen in der Konturdiagramm für die wässrige Fraktion von Algen Bio-Rohöl identifiziert wurden durch die Analyse von Standards validiert. Standards organischen Säuren und N-enthaltenden Verbindungen wurden in GC × GC-TOF-MS, hergestellt und analysiert. Gesamt Ionenchromatogramm der organischen Säuren Standard und N-Verbindung - Standards sind in Fig. 5 gezeigten Retentionszeit und Ähnlichkeitswerte der Standards sind in der Tabelle tabelliert 2 und den identifizierten chemischen Verbindungen in HTL Algen Wasser entsprechen. Säulenblutens wurde für beide Standards und Proben bei hohen Temperaturen (> 250 ° C) beobachtet. Diese Säulenbluten wurde für polare GC - Säulen 18 in der Literatur bereits berichtet. Kohlendioxid (CO 2) wurde in HTL Algen Wasser beobachtet , während es in den Normen nicht gesehen wurde (siehe 4 und 5). Diese indian , dass die wässrige Fraktion von Algen bio-rohes 2 CO aufgelöst hat, die während der HTL von Algen Beschickungen 11 hergestellt werden können.

Die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohsubstanz wurde auch mit der herkömmlichen Säulenkombination aus unpolaren × polar , die 17 in der Literatur verwendet wurde weithin analysiert. Die Gesamt Ionenchromatogramm von HTL Algenwasser aus einem GC × GC-TOF-MS - Analyse mit einem unpolaren durch eine polare sekundäre Trennung gefolgt primäre Trennung wird in 6 gezeigt. Wie in Figur 6, organische Säuren und N-Verbindungen gezeigt in der wässrigen Fraktion von Algen bio-rohes eluieren mit mehr als einem Peak. Essigsäure und andere organische Säuren eluieren während der gesamten Dauer der Analyse, insbesondere in der ersten Dimension. Die Retentionszeiten und Ähnlichkeit / Vertrauenswerte der identifizierten Verbindungen, die durch die Suche gegen eine NIST-Bibliothek sind tabellarisch in Tabelle 3) niedriger ist als der polare × unpolaren (50, siehe Tabelle 1) , während dieselbe Datenanalyseverfahren. Daraus kann geschlossen werden, dass Spitzenleistung, Peakformen, und die Auflösung der HTL Algen Wasser für die Analyse arm waren, wo das unpolare die primäre und die polare ist die sekundäre Trennung. Daher ist diese Spalte Konfiguration von unpolaren × polar ist für die qualitative und quantitative Charakterisierung von wässrigen Algen Bio-Rohöl ohne vorherige Probenvorbereitung nicht geeignet.

Eine lange Modulationsperiode (siehe die Nebenachse der 6) war notwendig , um die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohöl für die unpolaren × polar Konfiguration zu charakterisieren. Wie zuvor in Figur 4, eine kurze Modulationszeit von 4 sec gezeigt war ausreichend für die characterization der HTL Algen Wasser eine Spalte Kombination von polaren × unpolare verwenden. Da eine kurze Modulationszeit für GC × GC - Analyse empfohlen 16-18 die Trennung in der ersten Dimension erhalten beizubehalten, ist dies ein weiterer Vorteil der HTL Algenwasser zur Charakterisierung polar × unpolare verwendet.

GC × GC-TOF-MS-Analyse von wässrigen Algen bio-Rohöl mit einem polaren × unpolare Säulenkonfiguration erzeugt symmetrischen Peakform, verbessert die Spitzenleistung und hohe Auflösung im Vergleich zu einem herkömmlichen Säulenkonfiguration unpolarer × polar. Daher beschrieben GC × GC-TOF-MS-Analyse polar × unpolare verwendet, kann für die Quantifizierung von chemischen Verbindungen, die in wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl ohne Probenvorbereitungstechniken eingesetzt werden.

Abbildung 1 Abbildung 1: Blockflussdiagramm GC × GC-TOF-MS verwendet in dieser Studie. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2: Konturplot HTL Algen wässrigen Fraktion erhalten Säule Kombination von polaren × unpolare Verwendung zur Bestimmung optimaler Modulationszeit 10 Sekunden wurde zufällig ausgewählt.. Wurden keine Peaks beobachtet> 4 s in der zweiten Dimension. Daher 4 sec als optimale Modulationszeit identifiziert. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 3
Fild . 3: Konturplot HTL Algen wässrigen Fraktion , die "Wrap - around" Phänomene zeigt Wrap around Phänomene tritt auf, wenn die Spitzen in der zweiten Dimension unterhalb der Basislinie der ersten Dimension eluieren. 3,5 m Sekundärsäulenlänge wurde verwendet, um dieses Konturdiagramm zu erhalten. Dieses Grundstück wurde gesammelt , um deutlich Wrap - around - Phänomene zu erklären. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4: Konturplot HTL Algen wässrigen Fraktion erhalten Säule Kombination von polaren × unpolare unter Verwendung von chemischen Verbindungen wurden unter Verwendung von NIST 2008 Bibliothek identifiziert.. Die Einheiten der primären und sekundären Achse sind Sekunden. Die Ähnlichkeitswerte der identifizierten chemischen Verbindungen sind in Tabelle 1 tabelliert. 1 → 1-hydroxy-2propanon; 2 → 2-cyclopenten-1-on, 2-Methyl; 3 → N, N Dimethylacetamid; 4 → 2-cyclopente-1-on, 3-Methyl; 5 → 2-cyclopenten-1-on, 2,3-Dimethyl; 6 → 3-Pentensäure, 4-Methyl; 7 → 2-pyrrolidinon, 1-Methyl; 8 → propanamid; 9 → 1H-imidazol, 1-Methyl-4-nitro-; 10 → N -propyl Succinimid; 11 → Glycerin; 12 → 3-pyridinol; 13 → 2,5-pyrrolidindion; 14 → acetamid, N - (2-phenylethyl); 15 → N - (2-Hydroxyethyl) succinimid. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5
Abbildung 5: (a) Konturplot Standard Essigsäure, Propansäure, Butansäure enthält, und 2-Butanon mit Säulenkombination aus polar × nicht-polar. (B) Konturplot Standard enthält , Aceton, Ethanol, Pyridin, Pyrazin Acetamid, N -methylsuccinimide, Succinimid und N - (2-Hydroxyethyl) succinimid mit Säulenkombination aus polaren × unpolare. Die Ähnlichkeitswerte von Standards tabellarisch sind in Tabelle 2. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 6
Abbildung 6:. Konturplot HTL Algen wässrigen Fraktion mit Säulenkombination erhalten von unpolaren × polar Diese Abbildung zeigt eine schlechte Auflösung von Licht organische Stoffe , organische Säuren und N-Verbindungen. Die Ähnlichkeitswerte der identifizierten chemischen Verbindungen sind in Tabelle 3 tabelliert.34fig6large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Tabelle 1: Ähnlichkeitswerte und Retentionszeit von chemischen Verbindungen , die in HTL Algen Wasser Säulenkombination von polaren × unpolare Verbindungen wurden die NIST 2008 Bibliothek identifiziert.. Die Skala von Ähnlichkeitswerten ist 0-999. Höhere Ähnlichkeitswerte entsprechen einem engere Übereinstimmung der Spektren für diese Probe zu der für die Verbindung in der NIST-Datenbank erhalten. RT bedeutet Retentionszeit von chemischen Verbindungen (primär, sekundär).

Name RT (sec) Ähnlichkeit
Kohlendioxid 215, 1,64 999
Aceton 347, 1,89 967
2-Butanon 435, 2,12 965
Ethanol 467, 1,75 949
2-pentanon 539, 2,36 942 3-Pentanon 539, 2,41 940
Pyridine 887, 2,11 967
cyclopentanon 903, 2,25 962
pyrazin 939, 1,99 945
Pyridin, 2-Methyl- 943, 2,28 950
Pyrazin, Methyl- 1035, 2,16 964
Pyridin, 3-methyl- 1087, 2,25 947
2-Propanon, 1-hydroxy- 1107, 1,71 950 </ Td>
Pyrazin, 2,5-Dimethyl- 1131, 2,35 950
Pyrazin, 2,6-Dimethyl- 1139, 2,33 953
Pyrazin, ethyl- 1151, 2,34 954
Pyrazin, 2,3-Dimethyl- 1171, 2,32 963
2-Cyclopenten-1-on, 2-Methyl- 1223, 2,19 960
Pyrazin, 2-Ethyl-6-methyl- 1235, 2,54 926
Pyrazin, Trimethyl- 1263, 2,49 944
N, N - Dimethyl 1275, 1,97 957
Essigsäure 1339, 1,53 963
pyrrol 1443, 1,65 970
propan~~POS=TRUNC 1475, 1,55 953
2-Cyclopenten-1-on, 3-methyl- 1475, 2,04 956
2-Cyclopenten-1-on, 2,3-Dimethyl- 1503, 2,22 884
Propansäure, 2-Methyl- 1515, 1,58 929
3-Pentensäure, 4-methyl- 1583, 1,95 897
Acetamid, N -ethyl- 1603, 1,71 950
Buttersäure 1607, 1,58 941
Acetamid, N -Methyl- 1615, 1,63 963
Propanamid, N -Methyl- 1663, 1,70 956
Butansäure, 3-methyl- 1667, 1,60 928
2-Pyrrolidinon, 1-methyl- 1703, 1,96 936
3,4-Dimethyldihydrofuran-2,5-dion 1759, 2,05 719
Acetamide 1783, 1,53 976
1,2-Cyclopentandion 1819, 1,67 888
propanamid 1847, 1,57 870
1H-imidazol, 1-Methyl-4-nitro- 1883, 1,88 671
2,5-pyrrolidindion, 1-ethyl- 1975, 1,85 936
Piperidin-2,5-dion 1975, 1,98 798
2,5-pyrrolidindion, 1-methyl- 2011, 1,76 960
2075, 1,92 861
2-pyrrolidinon 2175, 1,65 976
2-piperidinon 2295, 1,73 959
Dianhydromannit 2419, 1,70 944
Glyzerin 2463, 1,47 888
3-Pyridinol 2586, 1,50 921
2,5-pyrrolidindion 2646, 1,50 923
N - [2-Hydroxyethyl] succinimid 2902, 1,69 941
Name RT (sec) Ähnlichkeit
Aceton 347, 1,89 952
2-Butanon 435, 2,12 934
Ethanol 467, 1,76 952
Pyridine 887, 2,10 947
pyrazin 939, 1,99 928
Essigsäure 1339, 1,53 981
propan~~POS=TRUNC 1471, 1,56 948
Buttersäure 1603, 1,59 935
Acetamide 1783, 1,54 961
2011, 1,76 957
2,5-pyrrolidindion 2642, 1,52 940
N - [2-Hydroxyethyl] succinimid 2902, 1,71 935

Tabelle 2: Retentionszeit und Ähnlichkeitswerte der Standards analysiert polar × nicht-polar. Die Verbindungen wurden unter Verwendung der NIST 2008 Bibliothek identifiziert. Die Skala von Ähnlichkeitswerten ist 0-999. Höhere Ähnlichkeitswerte entsprechen einem engere Übereinstimmung der Spektren für die Standard zu der für die Verbindung in der NIST-Datenbank erhalten. RT bedeutet Retentionszeit von chemischen Verbindungen (primär, sekundär).

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Name RT (s) Ähnlichkeit
Carbaminsäure, Monoammoniumsalz 234, 0.521 999
Carbaminsäure, Monoammoniumsalz 234, 0.653 981
Trimethylamin 243, 0.540 922
Aceton 243, 0.648 927
Dimethylether 243, 0.720 932
Dimethylamine 252, 0.578 925
2-Butanon 261, 0.684 933
Essigsäure 261, 3.139 963
methanthiol 306, 0.550 924
pyrazin 333, 1.157 949
Pyridine 342, 1.063 950
cyclopentanon 378, 1.032 944
Pyrazin, Methyl- 405, 1.217 954
Acetamid, N -Methyl- 414, 4,850 887
2-Cyclopenten-1-on, 2-Methyl- 504, 1.409 951
Pyrazin, 2,5-Dimethyl- 513, 1.207 919
Pyrazin, 2,3-Dimethyl- 522, 1.265 905
2,5-pyrrolidindion, 1-methyl- 801, 4.178 955
Chinuclidin-3-ol 828, 2.750 680
2,5-pyrrolidindion, 1-ethyl- 873, 3.058 889
2-piperidinon 954, 5.474 954
Caprolactam 963, 2,458 746
N - [2-Hydroxyethyl] succinimid 1089, 2.429 857
N - [2-Hydroxyethyl] succinimid 1260, 2.278 814
1-Phenethyl-pyrrolidin-2,4-dion 1791 3,742 788
5,10-Diethoxy-2,3,7,8-tetrahydro-1H, 6H-dipyrrolo [1,2-a; 1 ', 2'-d] pyrazin 2016 4,608 787

Tabelle 3: Ähnlichkeitswerte und Retentionszeit von chemischen Verbindungen in HTL Algen Wasser identifiziert unter Verwendung Säulenkombination unpolarer5; polar. Die Verbindungen wurden identifiziert , die NIST 2008 - Bibliothek. Die Skala von Ähnlichkeitswerten ist 0-999. Höhere Ähnlichkeitswerte entsprechen einem engere Übereinstimmung der Spektren für die Probe, zu der für die Verbindung in der NIST-Datenbank erhalten. RT bedeutet Retentionszeit von chemischen Verbindungen (primär, sekundär).

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Discussion

Ergebnisse veranschaulichen deutlich die Fähigkeit der Säule Kombination von polaren × unpolare ohne Techniken vor der Probenvorbereitung polaren Verbindungen und leichte flüchtige Stoffe in der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl zu lösen. Drastische Peaktailing wurde für organische Säuren und N-Verbindungen beobachtet, während die nicht-polare × polaren Säulenkombination verwendet wird. Dieser Peaktailing wurde nicht für den früh eluierenden Licht organischen Substanzen beobachtet. Dieses Verhalten ist reproduzierbar war , wenn das Instrument Verifizieren leckagefrei ist (das Vakuum in TOF-MS unter 2,7 × 10 -5 Pa für GC - Trägergasströmungsgeschwindigkeit von 1,5 ml min -1). Es wäre zu erwarten, dass, wenn es ein Problem mit Totvolumen in der Presse dichten Stecker oder wenn der Kaltstrahlströmungsrate übermäßige wäre war, dass das Verhalten in dem Chromatogramm beobachtet werden würde. Aber auch spät eluierenden Verbindungen (in der Figur nicht identifiziert) nicht Schwanz. Daraus schließen wir, dass dies ein Ergebnis der aque istous Probeninjektion / Spaltenkonfiguration Kombination.

Das Teilungsverhältnis ist das Volumen der Probe die Säule im Vergleich zu dem auf den Split-Fluss verloren Menge eingeben. Je höher das Split-Verhältnis, je kleiner die Menge der Probe auf die Säule eingeführt. Im Allgemeinen wird diese erzeugt effizienter Peaks, die Peak-Leistung verbessern würde. Die Ermittlung der richtigen Teilungsverhältnis für die Proben können Probleme aus der Spalte Überlastung (Split-Verhältnis zu niedrig) oder Probleme mit der Verbindung Erkennung (Split-Verhältnis zu hoch) zu verhindern. Daher ist ein Teilungsverhältnis von 1: 250 wurde im GC × GC-TOF-MS Datenerfassungsverfahren für beide Spaltenkombinationen verwendet, um Säulenbeladung zu verhindern und auch Spitzenleistung zu verbessern.

Ähnlichkeitswerte für chemische Verbindungen identifiziert sind im Bereich von 850-999. Dies zeigt, dass chemische Verbindungen mit mehr als 85% Vertrauen identifiziert. Dies wurde durch die Verwendung einer MS Erfassungsrate von 400 Spektren / Sekunde in GC × GC erreicht211; TOF-MS Methoden der Datenerfassung. A 400 Spektren / Sekunde Erfassungsrate verbessert das Signal-Rausch - Verhältnis von Peaks , die die Ähnlichkeitswerte der identifizierten chemischen Verbindungen 17 erhöht. Höhere Ähnlichkeitswerte ermöglichen es uns, chemische Verbindungen mit hoher Zuverlässigkeit zu identifizieren. Doch diese hohe MS Erfassungsrate führt zu einer langen Datenanalysezeit. Daher ist es empfehlenswert, für die Quantifizierung dieser Proben ein 200 Spektren / sec MS Erfassungsrate zu verwenden, die die Datenanalysezeit verringert.

Die GC × GC-TOF-MS Datenerfassungsverfahren entwickelt zur Charakterisierung wässrige Algen bio-Rohöl mit polaren × unpolaren durch Erhöhen der Länge der Nebenkolonne weiter verbessert werden konnte. Durch die Erhöhung der Länge der Sekundärsäule Auflösung in der zweiten Dimension verbessert werden , die die Trennung von Isomeren in der Probe vorhanden 16,17 ermöglicht. Spitzenleistung mit der Erhöhung auch verbessert werden könnte weiter indie Länge der Nebenkolonne. HTL Algen Wasser in diesem Papier gekennzeichnet sind verdünnte 11 (enthalten etwa 3 insgesamt Gew% Kohlenstoff) und darf nicht eine längere sekundäre Spalte erfordern. Jedoch könnte diese Empfehlung bei der Charakterisierung von komplexen und konzentrierten wässrigen Proben von Vorteil sein.

Da die maximal programmierbare Temperatur der polaren Säule beträgt 260 ° C, kann dieses Verfahren nicht hohen Siedepunkt chemischen Verbindungen eluieren , wie langkettige Fettsäuren, Monoglyceride, Diglyceride, Triglyceride und Oligomeren von Aminosäuren sowie Zucker 16. Proben die diese Verbindungen enthalten, als analysiert kann die GC-Injektor und Spalten verunreinigen. Verunreinigung von GC-Injektor und Spalten führt tailing, Änderung der Retentionszeit von chemischen Verbindungen und hohem Rauschen oder niedriges Signal-zu-Rausch-Verhältnis des MS-Detektor zu Spitze, die wie auch quantitative Charakterisierung für qualitative unerwünscht sind. Wenn daher utilizing in dieser Spalte Kombination zur Analyse wässriger Proben mit hohem Siedepunkt chemischen Verbindungen Analysten enthalten, sollten geeignete Methoden der Qualitätskontrolle eingesetzt werden.

Die chemischen Verbindungen in der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl identifiziert haben eine Vielzahl von Anwendungen. Pyridin, Pyrazin und deren Alkylderivate sind chemische Zwischenprodukte zur Herstellung von Agrochemikalien, Arzneimitteln 36,37 und werden als Lösungsmittel in homogener Katalyse 38,39 weit verbreitet. Ebenso Derivate von Succinimid haben auch eine große Vielzahl von Anwendungen einschließlich Polymerzwischenprodukte, Reinigungsmittel 40, klinische Medikamente 41,42, Kraftstoffadditive und Schmieröladditive 40. Die organischen Säuren , die in HTL Algenwasser kann als Einsatzstoff in katalytischen Verfahren verwendet werden , 43 Ketone oder Ester für die einfache Trennung von der wässrigen Phase zu erzeugen.

Die GC × GC-TOF-MS-Methode für th entwickelte Spalte Kombination von polaren × unpolare in diesem Papier kann auch Wasserprobe aus biologischer Prozess, der Lebensmittelverarbeitung und Umwelt Abfälle eingesetzt werden, zu analysieren. Die Forscher verwendeten diese Spalte Kombination zur Charakterisierung von organischen Proben 44-47. Es wird berichtet , dass diese Spalte Kombination am besten für eine effektive Trennung verschiedener Klassen von Kohlenwasserstoffen - aliphatische, aromatische, Alkylbenzol und zweikernigen Aromaten 44-46. Daher eine polare Trennung für die erste Dimension der Trennung verwendet und unpolare für die zweite Dimension der Trennung wäre geeignet Spaltenkonfigurationen für die Charakterisierung von sowohl wässrigen als auch organischen Fraktion von Bio-Rohöl aus hydrothermalen Verflüssigung von Biomasse.

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Acknowledgments

Das Manuskript wurde von Battelle Memorial Institute unter Vertrag Nr DE-AC05-76RL01830 mit dem US Department of Energy verfasst. Die US-Regierung behält und der Verleger, durch den Artikel für die Veröffentlichung der Annahme bestätigt, dass die US-Regierung eine nicht-exklusive behält, bezahlte, unwiderrufliche, weltweite Lizenz zur Nutzung der veröffentlichten Form dieses Manuskript zu veröffentlichen oder zu vervielfältigen oder zu anderen erlauben, zu tun so, für die US-Regierung Zwecke.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
GC × GC–TOF/MS Leco PEG4D11DLN15 Commercial Pegasus 4D
ChromaTOF version 4.50  Leco Data analysis software
Rxi-5MS GC column Restek 13420 2.3 m column was used from this column.
Stabilwax GC column Restek 10626
HP-5 GC column Agilent 19091J-416
Stabilwax GC column Restek 15121
Presstight Connector Restek 20430
GC injector liner Restek 23305.5
GC Injector ferrules Agilent 5181-3323
Non-stick liner O-rings Agilent 5188-5365
Transfer line ferrules Restek 20212
Ethanol Sigma-Aldrich 459844 Chromatography grade
Acetone Sigma-Aldrich 414689 Chromatography grade
Acetic acid Sigma-Aldrich 320099 Chromatography grade
2-butanone Sigma-Aldrich 360473 Chromatography grade
Propanoic acid Sigma-Aldrich 402907 Chromatography grade
Butanoic acid Sigma-Aldrich 19215 Chromatography grade
Pyridine Sigma-Aldrich 270970 Chromatography grade
Pyrazine Sigma-Aldrich 65693 Chromatography grade
Acetamide Sigma-Aldrich 695122 Chromatography grade
2,5-pyrrolididione Sigma-Aldrich S9381 Chromatography grade
N-methylsuccinimide Sigma-Aldrich 325384 Chromatography grade
N-(2-hydroxyethyl)succinimide Sigma-Aldrich 444073 Chromatography grade

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References

  1. Huber, G. W., Iborra, S., Corma, A. Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts, and Engineering. Chem. Rev. 106, 4044-4098 (2006).
  2. Mata, T. M., Martins, A. A., Caetano, N. S. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 14, 217-232 (2010).
  3. Vispute, T. P., Zhang, H., Sanna, A., Xiao, R., Huber, G. W. Renewable Chemical Commodity Feedstocks from Integrated Catalytic Processing of Pyrolysis Oils. Science. 330, 1222-1227 (2010).
  4. Maddi, B., Viamajala, S., Varanasi, S. Comparative study of pyrolysis of algal biomass from natural lake blooms with lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 102, 11018-11026 (2011).
  5. Kim, S., Dale, B. E. Global potential bioethanol production from wasted crops and crop residues. Biomass Bioenergy. 26, 361-375 (2004).
  6. von Blottnitz, H., Curran, M. A. A review of assessments conducted on bio-ethanol as a transportation fuel from a net energy, greenhouse gas, and environmental life cycle perspective. J. Clean. Prod. 15, 607-619 (2007).
  7. Hu, Q., et al. Microalgal triacylglycerols as feedstocks for biofuel production: perspectives and advances. Plant J. 54, 621-639 (2008).
  8. Georgianna, D. R., Mayfield, S. P. Exploiting diversity and synthetic biology for the production of algal biofuels. Nature. 488, 329-335 (2012).
  9. Amaro, H. M., Guedes, A. C., Malcata, F. X. Advances and perspectives in using microalgae to produce biodiesel. Appl. Energy. 88, 3402-3410 (2011).
  10. Elliott, D. C., Biller, P., Ross, A. B., Schmidt, A. J., Jones, S. B. Hydrothermal liquefaction of biomass: Developments from batch to continuous process. Bioresour. Technol. 178, 147-156 (2015).
  11. Elliott, D. C., et al. Process development for hydrothermal liquefaction of algae feedstocks in a continuous-flow reactor. Algal Res. 2, 445-454 (2013).
  12. Sudasinghe, N., et al. High resolution FT-ICR mass spectral analysis of bio-oil and residual water soluble organics produced by hydrothermal liquefaction of the marine microalga Nannochloropsis salina. Fuel. 119, 47-56 (2014).
  13. Panisko, E., Wietsma, T., Lemmon, T., Albrecht, K., Howe, D. Characterization of the aqueous fractions from hydrotreatment and hydrothermal liquefaction of lignocellulosic feedstocks. Biomass Bioenergy. 74, 162-171 (2015).
  14. Onwudili, J. A., Lea-Langton, A. R., Ross, A. B., Williams, P. T. Catalytic hydrothermal gasification of algae for hydrogen production: Composition of reaction products and potential for nutrient recycling. Bioresour. Technol. 127, 72-80 (2013).
  15. Villadsen, S. R., et al. Development and Application of Chemical Analysis Methods for Investigation of Bio-Oils and Aqueous Phase from Hydrothermal Liquefaction of Biomass. Energy Fuels. 26, 6988-6998 (2012).
  16. Klee, M. S., Cochran, J., Merrick, M., Blumberg, L. M. Evaluation of conditions of comprehensive two-dimensional gas chromatography that yield a near-theoretical maximum in peak capacity gain. J. Chromatogr. A. 1383, 151-159 (2015).
  17. Seeley, J. V., Seeley, S. K. Multidimensional Gas Chromatography: Fundamental Advances and New Applications. Anal. Chem. 85, 557-578 (2013).
  18. Mostafa, A., Edwards, M., Gòrecki, T. Optimization aspects of comprehensive two-dimensional gas chromatography. J. Chromatogr. A. 1255, 38-55 (2012).
  19. Zhu, S., et al. A simple model for separation prediction of comprehensive two-dimensional gas chromatography and its applications in petroleum analysis. Anal. Methods. 6, 2608-2620 (2014).
  20. Almeida, T. M., et al. Preliminary Studies of Bio-oil from Fast Pyrolysis of Coconut Fibers. J. Agric. Food Chem. 61, 6812-6821 (2013).
  21. Rathsack, P., et al. Analysis of pyrolysis liquids from scrap tires using comprehensive gas chromatography-mass spectrometry and unsupervised learning. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 109, 234-243 (2014).
  22. Tessarolo, N. S., et al. Assessing the chemical composition of bio-oils using FT-ICR mass spectrometry and comprehensive two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry. Microchem. J. 117, 68-76 (2014).
  23. Djokic, M. R., Dijkmans, T., Yildiz, G., Prins, W., Van Geem, K. M. Quantitative analysis of crude and stabilized bio-oils by comprehensive two-dimensional gas-chromatography. J. Chromatogr. A. 1257, 131-140 (2012).
  24. Vendeuvre, C., Ruiz-Guerrero, R., Bertoncini, F., Duval, L., Thiebaut, D. Comprehensive two-dimensional gas chromatography for detailed characterisation of petroleum products. Oil Gas Sci. Technol. 62, 43-55 (2007).
  25. Guo, Q., et al. Comprehensive two-dimensional gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry for the screening of potent swampy/septic odor-causing compounds in two drinking water sources in China. Anal. Methods. 7, 2458-2468 (2015).
  26. Ma, H., et al. Analysis of human breath samples of lung cancer patients and healthy controls with solid-phase microextraction (SPME) and flow-modulated comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC [times] GC). Anal. Methods. 6, 6841-6849 (2014).
  27. Lamani, X., Horst, S., Zimmermann, T., Schmidt, T. Determination of aromatic amines in human urine using comprehensive multi-dimensional gas chromatography mass spectrometry (GCxGC-qMS). Anal. and Bioanal. Chem. 407, 241-252 (2015).
  28. Skoczynska, E., Leonards, P., de Boer, J. Identification and quantification of methylated PAHs in sediment by two-dimensional gas chromatography/mass spectrometry. Anal. Methods. 5, 213-218 (2013).
  29. Tobiszewski, M., Bigus, P., Namiesnik, J. Determination of parent and methylated polycyclic aromatic hydrocarbons in water samples by dispersive liquid-liquid microextraction-two dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry. Anal. Methods. 6, 6678-6687 (2014).
  30. Freitas, L. S., et al. Analysis of organic compounds of water-in-crude oil emulsions separated by microwave heating using comprehensive two-dimensional gas chromatography and time-of-flight mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 1216, 2860-2865 (2009).
  31. Gunatilake, S. R., Clark, T. L., Rodriguez, J. M., Mlsna, T. E. Determination of five estrogens in wastewater using a comprehensive two-dimensional gas chromatograph. Anal. Methods. 6, 5652-5658 (2014).
  32. Ljungkvist, G., Larstad, M., Mathiasson, L. Determination of low concentrations of benzene in urine using multi-dimensional gas chromatography. Analyst. 126, 41-45 (2001).
  33. Schummer, C., Delhomme, O., Appenzeller, B. M. R., Wennig, R., Millet, M. Comparison of MTBSTFA and BSTFA in derivatization reactions of polar compounds prior to GC/MS analysis. Talanta. 77, 1473-1482 (2009).
  34. Yang, H. P., Yan, R., Chen, H. P., Lee, D. H., Zheng, C. G. Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis. Fuel. 86, 1781-1788 (2007).
  35. Du, Z., et al. Microwave-assisted pyrolysis of microalgae for biofuel production. Bioresour. Technol. 102, 4890-4896 (2011).
  36. Scriven, E. F. V., Murugan, R. in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. , John Wiley & Sons, Inc. (2000).
  37. Higashio, Y., Shoji, T. Heterocyclic compounds such as pyrrole, pyridines, pyrrolidine, piperidine, indole, imidazol and pyrazines. Appl. Catal. A: Gen. 260, 251-259 (2004).
  38. Ndaji, F. E., Thomas, K. M. The kinetics of coal solvent swelling using pyridine as solvent. Fuel. 72, 1525-1530 (1993).
  39. Fillon, H., Gosmini, C., Nédélec, J. -Y., Périchon, J. Electrosynthesis of functionalized organodizinc compounds from aromatic dihalides via a cobalt catalysis in acetonitrile/pyridine as solvent. Tetrahedron Lett. 42, 3843-3846 (2001).
  40. Silin, M. A., Ivanova, L. V., Burov, E. A., Koshelev, V. N., Bordubanova, E. G. Synthesis and testing of polyalkenyl succinimides as components of detergent additives for motor fuels. Pet. Chem. 52, 272-277 (2012).
  41. Bialer, M. Chemical properties of antiepileptic drugs (AEDs). Adv. Drug Deliv. Rev. 64, 887-895 (2012).
  42. Bellina, F., Rossi, R. Synthesis and biological activity of pyrrole, pyrroline and pyrrolidine derivatives with two aryl groups on adjacent positions. Tetrahedron. 62, 7213-7256 (2006).
  43. Snell, R. W., Shanks, B. H. CeMOx-Promoted Ketonization of Biomass-Derived Carboxylic Acids in the Condensed Phase. ACS Catal. 4, 512-518 (2014).
  44. Manzano, C., Hoh, E., Simonich, S. L. M. Improved Separation of Complex Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Mixtures Using Novel Column Combinations in GC × GC/ToF-MS. Environ. Sci. Technol. 46, 7677-7684 (2012).
  45. van der Westhuizen, R., et al. Comprehensive two-dimensional gas chromatography for the analysis of synthetic and crude-derived jet fuels. J. Chromatogr. A. 1218, 4478-4486 (2011).
  46. Omais, B., et al. Investigating comprehensive two-dimensional gas chromatography conditions to optimize the separation of oxygenated compounds in a direct coal liquefaction middle distillate. J. Chromatogr. A. 1218, 3233-3240 (2011).
  47. Wildschut, J., Mahfud, F. H., Venderbosch, R. H., Heeres, H. J. Hydrotreatment of Fast Pyrolysis Oil Using Heterogeneous Noble-Metal Catalysts. Ind. Eng. Chem. Res. 48, 10324-10334 (2009).

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Bioengineering Heft 109 Bio-Rohöl Bio-Öl Bio-Treibstoff wässrige Produkt hydrothermale Verflüssigung Mikroalge Biomasse Wasser Biomasse GC × GC - TOF-MS katalytische Schnellpyrolyse Pyridin Pyrazin organische Säuren Succinimid .
Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry
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Maddi, B., Panisko, E., Albrecht, K., Howe, D. Qualitative Characterization of the Aqueous Fraction from Hydrothermal Liquefaction of Algae Using 2D Gas Chromatography with Time-of-flight Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (109), e53634, doi:10.3791/53634 (2016).

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