Analysis of SAF Using Comprehensive Two- Dimensional Gas Chromatography (GC× GC)

Význam tématu

Udržitelná letecká paliva (SAF) se získávají z obnovitelných nebo odpadních zdrojů a hrají klíčovou roli v přechodu k nízkouhlíkové dopravě. Komplexní složení těchto paliv, zahrnující parafíny, nafteny a aromatické sloučeniny, negativně ovlivňuje jejich fyzikálně chemické vlastnosti a spalitelnost. Přesná analýza jednotlivých komponent je proto nezbytná pro kontrolu kvality, dodržování průmyslových standardů a optimalizaci výroby.

Cíle a přehled studie

V předloženém článku se autoři zaměřili na využití dvourozměrné plynové chromatografie spojené s hmotnostní spektrometrií (GC×GC–MS) pro detailní analýzu tří vzorků SAF v různých fázích výroby. Hlavním cílem bylo:

• Vizualizovat a porovnat složení tří vzorků SAF (A, B a mezivýrobního produktu C) pomocí 2D chromatogramů.
• Optimalizovat kombinace chromatografických kolón pro maximální rozlišení parafínů, naftenů a aromatických látek.
• Simultánně detekovat a kvantifikovat antioxidační přísady, zejména BHT, pomocí technologie FASST.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci komplexních směsí byl využit systém Nexis GC-2030 s autosamplerem AOC-30i a hmotnostním spektrometrem GCMS-QP2050 vybaveným termálním modulátorem ZX1 (Zoex). Metodika zahrnovala dvě základní konfigurace kolón:

• První konfigurace: nekopolární kolóna DB-5MS jako první dimenze a středně polární BPX-50 jako druhá dimenze pro široké spektrum složek.
• Druhá konfigurace: středně polární SH-17 v první dimenzi a nekopolární SH-1 ve druhé pro zvýšené rozlišení parafínů a naftenů.

Analytické podmínky zahrnovaly programovanou injekční teplotu, řízený průtok heliem, vícestupňové teplotní programy trouby a modulaci s periody 6–11 s. MS detekce probíhala v režimu Full Scan (m/z 35–500) a SIM pro ionty BHT.

Hlavní výsledky a diskuse

2D chromatogramy odhalily výrazné rozdíly v složení:

• Vzorek A obsahoval nižší podíl aromátů a naftenů než vzorek B.
• Mezivýrobní vzorek C sestával prakticky výhradně z nízkovroucích parafínů a naftenů.

Při použití konfigurace středně polární → nekopolární kolony došlo k výraznému oddělení lineárních a rozvětvených parafínů vertikálně, a rozlišení monoaromatických, diaromatických až triaromatických sloučenin. Tato schopnost pružně měnit pořadí kolón umožňuje cílené mapování chemického prostoru dle polaritních vlastností analyzovaných látek.

SIM analýza BHT za využití FASST umožnila kvantifikovat BHT i v přítomnosti vysokého pozadí palivových složek. Při koncentraci 20 mg/l byl BHT stanoven s návratností 95 %.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda GC×GC–MS s odlišnými kolónovými kombinacemi poskytuje:

• Intuitivní 2D obrazy distribuce složek pro rychlou kontrolu kvality.
• Vysoké rozlišení blízkých sloučenin, včetně izomerů parafínů a aromátů.
• Možnost simultánní kvalifikace palivových komponent a kvantifikace aditiv v jednom běhu.

Použití FASST rozšiřuje schopnost detekce stopových antioxidačních látek dle průmyslových norem.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávaný vývoj se zaměří na:

• Automatizovanou interpretaci 2D chromatogramů pomocí strojového učení.
• Rozšíření SIM modulů pro souběžné stanovení dalších přídatných látek (antioxidanty, antistatika).
• Implementaci rychlých modulátorů s nižší periodou pro další zlepšení špičatosti píků.
• Online monitorování výroby SAF a real-time QC pomocí integrovaných GC×GC–MS systémů.

Závěr

Komplexní dvourozměrná GC×GC spojená s vysokorychlostní MS detekcí představuje vysoce výkonný nástroj pro analýzu udržitelných leteckých paliv. Flexibilita kombinací kolón umožňuje cílené rozlišení klíčových složek a simultánní kvantifikaci antioxidačních aditiv, což přispívá k efektivní kontrole kvality a dodržování ekologických standardů.

Reference

• Application News No.01-00788-EN, Shimadzu Corporation, 2025.
• Standard ASTM D2425, American Society for Testing and Materials.