Comprehensive analysis of automotive diesel using flow-modulated GC×GC technology coupled with GC-MS

Význam tématu

Analýza automobilového nafty představuje náročný úkol vzhledem k vysoké složitosti směsi a četným koelujícím složkám. Tradiční jedno-dimenzionální plynulá chromatografie často nedokáže dostatečně rozlišit jednotlivé komponenty, což omezuje citlivost a spolehlivost identifikace i kvantifikace. Použití kompaktní dvoudimenzionální GC×GC s průtokovou modulací zásadně rozšiřuje chromatografickou rozlišovací schopnost a současně umožňuje simultánní detekci plamenoionizačním detektorem i hmotnostní spektrometrií.

Cíle a přehled studie

Cílem technické poznámky bylo předvést aplikaci průtokově modulované GC×GC na bázi přístrojů Thermo Scientific TRACE 1310 GC, ISQ 7000 MS a Orbitrap Exploris GC-MS pro komplexní charakterizaci směsi automobilové nafty. Studie zahrnovala demonstraci separačního výkonu, reprodukovatelnosti měření a využití vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie pro ověření molekulární formule vybraných látek.

Použitá instrumentace

• GC: Thermo Scientific TRACE 1310 s děleným vstřikovacím modulem SSL
• Modulátor: SepSolve Analytical INSIGHT se smyčkou 50 µl, čas modulace 4,5 s
• První dimenze: TraceGOLD TG-17SilMS, 20 m × 0,18 mm × 0,18 µm
• Druhá dimenze: Rxi-5Sil MS (5 m × 0,25 mm × 0,1 µm, zkrácený z 15 m)
• Detektory: FID (100 Hz) a hmotnostní spektrometry ISQ 7000 (EI 70 eV, 45–400 m/z) či Orbitrap Exploris GC-MS (rozlišení 7 500 při m/z 200)
• Nosný plyn: helium; teplotní program trouby 40 °C → 300 °C při 2,5 °C/min
• Vzorek: přímá injekce 1 µl nezředěné nafty bez předchozí přípravy

Hlavní výsledky a diskuse

Komplexní GC×GC zvýšilo chromatografické rozlišení o řád a umožnilo oddělení až subtilně koelujících párů, např. propylbenzenu a methylcyklohexenu, které v první dimenzi koeluji, ale ve druhé jsou plně separovány. Současný záznam FID a MS dat s jejich prostorovým sladěním usnadnil identifikaci a přesné kvantifikace. Pomocí softwaru ChromSpace bylo možné aplikovat šablony (stencily) pro rychlé vymezení čtyř hlavních skupin látek PINA (n-parafiny, iso­parafiny, nafteny, aromáty) a vyloučení vedlejších složek, např. mastných esterů. Reprodukovatelnost retenčních časů v druhé dimenzi dosahovala RSD pod 1,2 % a skupinových obsahů pod 4 %. Vysokorozlišovací Orbitrap Exploris GC-MS poskytl hmotnostní přesnost <1 ppm pro naphthalen a trimethylbenzen, což potvrdilo správnost molekulární formule.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zjednodušení předúprav vzorku díky schopnosti analyzovat celou směs bez frakcionace
• Simultánní detekce pomocí FID pro kvantifikaci a MS pro identifikaci s prostorovou korelací
• Rychlá klasifikace komponent metodou PINA pro potřeby QA/QC a petrochemické kontroly
• Zvýšená jistota identifikace díky HRAM datům s přesností <1 ppm

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se širší nasazení automatizovaných modulátorů a integrace pokročilé dekonvoluce spekter. Kombinace GC×GC s vysokorozlišovacími detektory povede k efektivnější chemometrické analýze komplexních matrik, včetně biopaliv a environmentálních vzorků. Další rozvoj softwarových nástrojů pro strojové učení a umělou inteligenci zrychlí zpracování velkých datových souborů a usnadní detekci stopových kontaminantů.

Závěr

Průtokově modulované GC×GC ve spojení s FID a buďto kvadrupólovým, nebo Orbitrap Exploris GC-MS poskytuje robustní, vysoce rozlišovací analytickou platformu pro komplexní profilování automobilové nafty. Metoda prokázala vynikající separaci i reprodukovatelnost a umožňuje přesnou identifikaci díky HRAM datům.

Reference

1. Phillips J.B., Beens J. Comprehensive two-dimensional gas chromatography: Journal of Chromatography A, 1999, 856, 331–347
2. Panic O., Gorecki T. Comprehensive two-dimensional gas chromatography in environmental analysis: Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2006, 386, 1013–1023
3. SepSolve Analytical White Paper 007: Comprehensive two-dimensional gas chromatography
4. Bertsch W. Two-dimensional gas chromatography: Journal of Separation Science, 1999, 22, 647–665