Application of Pearson Correlation Coefficient to Two-Dimensional Gas Chromatography High-Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometry as a Comparison and Discovery-Based Technique

Význam tématu

Analýza složení vysokovakuových olejů je klíčová pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti v aplikacích, kde se používají plastifikátory a vaziva do materiálů s výbušninami. Identifikace vhodné náhrady za vyřazený HyVac® olej vyžaduje hluboké pochopení jak fyzikálních parametrů (hustota, viskozita), tak komplexního chemického profilu. Dvourozměrná plynová chromatografie ve spojení s vysokorozlišovací TOF-MS umožňuje detailní charakterizaci, zatímco Pearsonův korelační koeficient usnadňuje kvantitativní porovnání vzorků.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo najít olej s nejbližšími vlastnostmi k HyVac® oleji a zároveň provést srovnávací hodnocení fyzikálních i chemických charakteristik u deseti předběžně vybraných kandidátů. Studie se zaměřila na:

• Vyhodnocení hustoty a dynamické viskozity vzorků při 20 °C.
• Dvourozměrnou chromatografii s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií pro chemický profil.
• Quantitativní srovnání složení pomocí Pearsonova korelačního koeficientu mezi všemi třemi ionizačními režimy.

Použitá metodika

Vzorky byly ředěny v hexanu a injektovány do programu řízené teploty injektoru (PTV) s rampou z 40 °C na 400 °C (360 °C/min). Dvoukolonové uspořádání Zebron ZB-1HT/ZB-35HT minimalizovalo „bleed“ nad 320 °C. Analýza probíhala ve třech ionizačních režimech (EI, PCI, NCI) v rozsahu m/z 50–600. Kvůli velkým objemům dat byly HRMS spektra převedena na jednotkové rozlišení pro usnadnění chemometrické analýzy.

Použitá instrumentace

• Injektor s programovatelnou teplotou (PTV)
• Zebron ZB-1HT kolona a Zebron ZB-35HT kolona (vysokotemperaturní GC×GC)
• Time-of-Flight hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením
• Režimy ionizace: elektronový náraz (EI), pozitivní chemická ionizace (PCI), negativní chemická ionizace (NCI)

Hlavní výsledky a diskuse

Fyzikální měření potvrdila, že HyVac® olej má hustotu 0,8782 g/cm³ a viskozitu 218 mPa·s při 20 °C. Ze zkoumaných deseti kandidátů vykazoval nejbližší fyzikální vlastnosti olej Leybonol LVO 100 a Duratex 68.
Chemická charakterizace odhalila vysokou komplexitu HyVac® oleje ve srovnání s referenčním dieselovým palivem. Rozložení podle stupně nasycenosti (RDBE) a počtu uhlíků bylo vizualizováno pro všechny ionizační režimy.
Pearsonovy koeficienty mezi třemi šaržemi HyVac® oleje se pohybovaly mezi 0,93 a 0,99, což dokládá vysokou vnitrosourodost. Komparativní hodnocení ukázalo:

• Leybonol LVO 100 jako nejpodobnější vzorek ve všech třech ionizačních režimech.
• Duratex 68 byl blízký HyVac® oleji v režimu EI, ale lišil se v PCI/NCI.
• Transformace Pearsonova koeficientu umožnila objevování charakteristických sloučenin, např. 4,4′′-Diamino-p-terfenylu a hopanů.

Přínosy a praktické využití metody

Komplexní GC×GC-HR-TOFMS v kombinaci s Pearsonovou korelací poskytuje robustní přístup k objektivnímu srovnávání složitých směsí. Tento postup umožňuje rychlou a spolehlivou selekci náhradních plastifikátorů, optimalizaci bezpečnostních parametrů a minimalizaci nákladů na vývoj materiálů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace pokročilých chemometrických metod a strojového učení pro automatizované porovnávání vzorků.
• Rozšíření aplikace na další komplexní směsi v petrochemickém i farmaceutickém průmyslu.
• Vývoj on-line monitorovacích systémů pro real-time kontrolu kvality olejů a plastifikátorů.

Závěr

Studie prokázala, že kombinace dvourozměrné chromatografie s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií a Pearsonovy korelace je účinným nástrojem pro výběr náhradních olejů. Olej Leybonol LVO 100 se ukázal jako nejvhodnější náhrada za HyVac®. Metoda nabízí široký potenciál pro aplikace v různých průmyslových odvětvích.

Reference

Corbally MA, Tisdale JT, Duque AL, Freye CE. Application of Pearson Correlation Coefficient to Two-Dimensional Gas Chromatography High-Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometry as a Comparison and Discovery-Based Technique. Energy & Fuels. 2024;38(21):20426–20432. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c03906.