Analysis of Heavy Fuel Oil Using Multi-Mode Ionization

Význam tématu

Heavy fuel oil představuje komplexní směs ropných uhlovodíků zbylých po destilaci a krakování. Díky přísným regulačním požadavkům na obsah síry (IMO 2020) je nezbytné detailní sledování a speciation sírových a dalších heteroatomických složek. Současné analytické výzvy spočívají v oddělení tisíců sloučenin a jejich spolehlivém identifikování.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ukázat výkonnost kombinace komplexní dvourozměrné GC×GC, vysokorozlišovací TOF-MS a Multi-Mode Source (MMS) pro plnou charakterizaci těžkého palivového oleje. Studie demonstruje jak separaci složitých tříd látek, tak konfidentní identifikaci na úrovni elementární přesnosti.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek byl naředěn v dichlormethanu a analyzován pomocí GC×GC s quad-jet termo­modulátorem a HRTOFMS Pegasus HRT 4D vybavenou zdrojem MMS. Parametry:

• Kolona 1: Rxi-5MS, 30 m, 0,25 mm, 0,25 µm
• Kolona 2: Rxi-17SilMS, 1,2 m v druhé troubě
• Teplotní program: 40 °C (5 min) → 330 °C (4 °C/min), hold 15 min
• Modulátor: +15 °C vůči troubě
• Zdroj ionizace: EI (250 °C), PCI a ECNI (165 °C), CH4 jako reagens
• Rozsah m/z: 40–1000 (EI, PCI), 30–1000 (ECNI)
• Akvizice: 200 spekter/s
• Software: ChromaTOF s Identification Grading System™ a NIST20 knihovnou

Hlavní výsledky a diskuse

Pro identifikaci velkého počtu sloučenin byla použita IGS, která kombinuje spektrální shodu, index retence a vysokou přesnost měření iontů. PCI režim umožnil potvrdit molekulární ionty tam, kde EI selhával. Filtrace pro sloučeniny obsahující síru usnadnila rychlou lokalizaci a semikvantifikaci důležitých thiofenů. Klasifikace na základě obdélníkových oblastí v chromatogramech odhalila procentuální zastoupení jednotlivých tříd uhlovodíků (např. n-alkany 17,4 %, cykloalkany 41,7 %, aromáty 2–3 %).

Přínosy a praktické využití metody

Tato kombinace metod přináší:

• Vizuálně přehlednou separaci složitých tříd sloučenin
• Spolehlivou identifikaci sírových nebo halogenovaných látek pod regulačními limity
• Rychlou filtraci dat a bulk charakterizaci palivových vzorků
• Optimalizaci kontroly kvality v průmyslových i environmentálních laboratořích

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření do analýzy biopaliv a jiných komplexních matric, implementace dalších ionizačních režimů (APCI, UVPD), vývoj pokročilých algoritmů pro automatizaci zpracování dat a spojení s machine learning pro predikci vlastností paliv.

Závěr

Kombinace GC×GC, vysokorozlišovacího TOF MS a Multi-Mode Source poskytuje bezkonkurenční citlivost a selektivitu pro detailní charakterizaci těžkých palivových olejů. Umožňuje jak konfidentní identifikaci individuálních sloučenin, tak celkovou charakterizaci tříd látek podle požadavků průmyslu a legislativy.

Reference

• LECO Corporation. Analysis of Heavy Fuel Oil Using Multi-Mode Ionization. Application Note, 2022.
• NIST20 Spectral Library.
• ChromaTOF Software Documentation.