Quantitation of PAHs in Used Engine Oil Using GCxGC and Time-of-Flight Mass Spectrometry

Význam tématu

Analýza polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) v použitých motorových olejích je klíčová pro hodnocení účinnosti spalování, monitorování opotřebení motoru a environmentální řízení likvidace odpadu.

Cíle a přehled studie

• Vyvinout a validovat kvantitativní metodu separace a detekce PAH v komplexní matrici použitých olejů.
• Porovnat hladiny PAH v olejích z vozidel provozovaných na krátké, střední a dlouhé vzdálenosti.

Použitá metodika

• Rozpouštění vzorků (10 mg/ml v toluenu) a přidání vnitřního standardu PAH.
• Komplexní dvoudimenzionální plynová chromatografie (GC×GC) s termálním modulátorem.
• Časově rozlišená hmotnostní spektrometrie (TOFMS) s akvizicí 200 spekter/s a rozsahem 45–500 m/z.
• Vyhledávání a kvantifikace cílových analytů metodami Target Analyte Find (TAF) a NonTarget Deconvolution (PF) v softwaru ChromaTOF.

Použitá instrumentace

• LECO GCxGC Quad Jet Thermal Modulator & L-PAL 3 autosampler.
• Primární kolona Rxi-PAH (60 m × 0,25 mm × 0,10 µm).
• Sekundární kolona Rxi-1HT (0,6 m × 0,25 mm × 0,10 µm).
• LECO Pegasus BT 4D TOFMS; iontový zdroj 300 °C, přenosová linie 350 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

• Lineární kalibrační křivky pro 16 standardních PAH s koeficientem R2 > 0,995 v rozsahu 5–2500 pg/µl.
• Olej z krátkých tras vykazoval nejvyšší koncentrace menších PAH (např. naftalen, methylnaphthaleny) i po výměně oleje.
• Detekce alkylovaných PAH (C0–C3 fenanthreny) díky vysoké hmotnostní přesnosti (> 0,001 amu).
• GC×GC umožnila oddělení koelučních složek (nonadekan vs. 2,6-dimethylnaphthalene) a zvýšila spolehlivost identifikací.
• Nalezeny heteroatomové sloučeniny (benzo[b]thiophen, 4-phenanthrenol) potvrděné vysokými skóre shody s knihovnami.

Přínosy a praktické využití metody

• Spolehlivá kvantifikace regulovaných PAH v náročných matricích.
• Možnost sledovat kvalitu spalování a předcházet environmentálním rizikům.
• Automatizovaná dekonvoluce a vysoká hmotnostní rozlišitelnost zkracují dobu analýzy a zvyšují reprodukovatelnost.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace strojového učení pro automatizovanou interpretaci komplexních dat GC×GC-TOFMS.
• Rozšíření analýzy o další třídy kontaminantů a jejich deriváty.
• Použití ultra vysokého rozlišení hmotnostních analyzátorů pro zvýšenou citlivost a selektivitu.

Závěr

Metoda GC×GC-TOFMS na systému Pegasus BT 4D nabízí robustní přístup k separaci, kvantifikaci a identifikaci PAH v použitých motorových olejích. Kombinace vynikající chromatografie a vysoké hmotnostní přesnosti umožňuje detailní sledování vlivu provozních podmínek na obsah škodlivých látek.