Orthogonal Selectivity for Separation of Light and Heavy Petroleum Hydrocarbons by 2D GC using Zebron™ ZB-1HT Inferno™ and ZB-35HT Inferno GC Columns

Význam tématu

Konvenční plynová chromatografie nestačí pro úplné rozlišení komplexních směsí ropných uhlovodíků, kde dochází k četným souelucím. Dvourozměrná plynová chromatografie (2D GC) s ortogonální selektivitou nabízí možnost detailního rozlišení alifatických i aromatických složek napříč širokým rozsahem uhlovodíků.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na aplikaci 2D GC pro separaci lehkých i těžších frakcí ropných uhlovodíků pomocí páru kapilárních polymerních kolonek Zebron ZB-1HT Inferno a ZB-35HT Inferno. Cílem bylo demonstrovat vysokou kapacitu dělení a komplementární selektivitu pro odlišení n- a iso-parafinů, olefinů, cyklických uhlovodíků i aromátů s jedním až pěti benzenovými jádry.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza probíhala na modifikovaném systému Agilent 7890A s plynově-fázovým mikrofluidním modulárním přepojovačem (modulator). Hlavní parametry:

• Kolonka 1 (1D): Zebron ZB-1HT Inferno (100 % dimethylpolysiloxan), 15 m×0,10 mm×0,10 µm
• Kolonka 2 (2D): Zebron ZB-35HT Inferno (35 % fenyl / 65 % dimethylpolysiloxan), 5 m×0,25 mm×0,18 µm
• Přenosová linie a modulator: vestavěný v Agilent 7890A
• Injekce: split 20:1 při 250 °C, objem 1 µL, liner ZebronPLUS Z-Liner
• Nosný plyn: vodík konstantním průtokem (1,0 mL/min v 1D, 2,4 mL/min v 2D)
• Detektor: FID při 360 °C, 100 Hz akvizice
• Program teploty: první dimenze 100 °C→400 °C @ 2,2 °C/min, druhá 100 °C→360 °C @ 2,2 °C/min (viz různé modifikace dle frakcí)

Hlavní výsledky a diskuse

Obě studované frakce (plynová nafta a těžší ropná frakce) byly kompletně rozděleny až do uhlíkového rozpětí C42. Díky orthogonální selektivitě:

• ZB-1HT Inferno zajistila separaci dle bodu varu (apolární fáze)
• ZB-35HT Inferno využila π–π interakcí pro rozlišení aromátů a dalších polárnějších sloučenin

Bylo možné zřetelně oddělit:

1. n- a iso-parafiny
2. olefiny
3. cyklické alkanes
4. monocyklické aromáty (benzen, tetralin)
5. polycyklické aromáty (naphthalene, di-benzény, tří až pětiřetézcové)

Technologie Engineered Cross-linking™ a vysoce tepelně odolné polyimidové potahy umožnily provoz až do 400–430 °C s velmi nízkým odpadem fáze a dlouhou životností kolonek.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší:

• Vysokou špičkovou kapacitu, což vede k minimalizaci souelucí
• Komplementární ortogonální separaci alifatických a aromatických složek
• Schopnost analyzovat široké uhlíkové spektrum v jedné analýze
• Rychlejší průtoky a vyšší citlivost díky vodíku a FID

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj 2D GC může zahrnovat:

• Integraci s hmotnostní spektrometrií pro strukturální identifikaci
• Automatizaci modulačních procesů a zpracování dat AI nástroji
• Využití v pokročilém monitoringu rafinérských procesů a v environmentální chemii

Závěr

Studie potvrdila, že kombinace kolonek Zebron ZB-1HT Inferno a ZB-35HT Inferno na modifikovaném 2D GC systému poskytuje vysoce účinnou ortogonální separaci komplexních ropných uhlovodíků až do C42. Díky vysokoteplotní odolnosti a nízkému bleedingu jsou tyto kolonky ideální pro rozšířené průmyslové i výzkumné aplikace.

Reference

1. Badaoui Omais, R. Dhandapani, T. Nelson, C. Lorentz, C. Geantet. Orthogonal Selectivity for Separation of Light and Heavy Petroleum Hydrocarbons by 2D GC. Phenomenex Application Note TN-2085, 2019.