Developing a New GC×GC-TOFMS Method for Quantitation of Biofuel Components in Jet Fuel

Význam tématu

Integrace biopaliv do leteckých paliv vyžaduje spolehlivé analytické metody pro kvantifikaci mastných kyselinových methyl esterů (FAME) a syntetických iso-parafinů (SIP), které ovlivňují bod tuhnutí a stabilitu paliva. GC×GC-TOFMS s vysokým chromatografickým rozlišením umožňuje detekovat a oddělit cílové komponenty od komplexního palivového matrixu, čímž minimalizuje riziko chybné kvantifikace způsobené koelucí.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a validovat novou metodu pomocí dvoudimenzionální plynné chromatografie spojené s časově-of-flight hmotnostní spektrometrií (GC×GC-TOFMS) a s využitím diverting flow modulátoru pro přesnou kvantifikaci FAME a farnesanu v leteckém palivu. Metoda má překonat omezení stávajících norem ASTM D7974 a IP 585 týkajících se koeluce a citlivosti.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci byla použita soustava LECO FLUX GC×GC s modulátorem pracujícím na principu diverting flow. Základní parametry:

• Kapilární GC kolony: Rxi-5ms (30 m × 0,25 mm, 0,25 μm) a Rxi-17Silms (0,77 m × 0,10 mm, 0,10 μm)
• Carrier gas: He, konstantní tok 1,4 mL/min
• Teplotní program: start 60 °C (5 min), nárůst 8 °C/min do 300 °C (4 min); sekundární pec +40 °C
• Modulační perioda: 1,0 s
• Detekce: hmotnostní spektrometr LECO Pegasus BT, ion source 250 °C, rozsah m/z 50–550, rychlost akvizice 200 spekter/s

Diverting flow modulátor střídá režimy inject a divert, čímž vzorkuje analyty z primární kolony pro rychlou druhou dimenzi separace a eliminuje nevyžádané složky paliva.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosáhla vynikající lineárity pro farnesan v rozmezí 10–1000 μg/mL (r2=0,999). FAME analyty byly kvantifikovány v rozsahu 0–10 mg/kg s hodnotami r2>0,995. GC×GC konturové zobrazení ukázalo efektivní oddělení farnesanu a FAME od ostatních složek paliva, přičemž druhodimenzionní píky dosahovaly šířek ~50 ms (FWHH) a byly dostatečně vzorkovány (min. tři řezy per peak) pro přesnou kvantifikaci.

Přínosy a praktické využití metody

Vyšší chromatografické rozlišení snižuje riziko koeluce a nadhodnocení cílových složek. Rychlá spektrální akvizice TOFMS umožňuje současnou screeningovou identifikaci neznámých kontaminantů (sírnaté, dusíkaté sloučeniny). Metoda je vhodná pro QA/QC v rafineriích a monitorování křížové kontaminace v přepravních sítích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozšíření metody zahrnuje integraci databází pro nekonvenční analyty, automatizaci datové analýzy a standardizaci protokolů pro širší průmyslové nasazení. Vývoj modulátorů s vyšší vzorkovací frekvencí a adaptivními režimy by mohl dále zvýšit citlivost a selektivitu.

Závěr

Nová GC×GC-TOFMS metoda s diverting flow modulátorem přináší významné zlepšení ve spolehlivosti a přesnosti kvantifikace FAME a farnesanu v leteckém palivu oproti standardním metodám. Vhodnost pro komplexní charakterizaci paliv podporuje její využití v regulovaných analýzách.

Reference

Christina N. Kelly, Joseph E. Binkley, Lorne M. Fell; LECO Corporation; Developing a New GC×GC-TOFMS Method for Quantitation of Biofuel Components in Jet Fuel.