Automatic Quantitative Analysis of Total Aromatics and Oxygenates in Gasoline Samples Using Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography (GCxGC) and Time-of-Flight Mass Spectrometry (TOFMS)

Význam tématu

Analýza aromatických uhlovodíků a kyslíkatých sloučenin v benzinech je klíčová pro dodržení přísných environmentálních norem a pro optimalizaci kvality paliva. Přesné stanovení látek jako jsou BTEX (benzen, toluen, etylbenzen, xyleny) a kyslíkatých aditiv (např. MTBE, ETBE) má význam pro snižování emisí škodlivin, monitorování reformulovaných benzínů a ověřování souladu s metodami ASTM.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout rychlou kvantitativní metodu pro simultánní stanovení celkových aromatických uhlovodíků a kyslíkatých složek v jednom 10minutovém běhu pomocí komplexní dvourozměrné plynové chromatografie (GCxGC) spojené s hmotnostní spektrometrií s časem letu (TOFMS). Studie demonstruje schopnost separovat a kvantifikovat 36 klíčových analytů dle ASTM metod 5599 a 5769.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatograf: Agilent 6890 GC s LECO Thermal Modulator
• Primární kolona: DB-5, 10 m × 0,18 mm id, film 0,18 µm
• Sekundární kolona: DB-WAX, 1 m × 0,10 mm id, film 0,10 µm
• Oven programy: 32 °C → 180 °C (10 °C/min), sekundární 37 °C → 180 °C (10 °C/min)
• Detekce: LECO Pegasus 4D GCxGC-TOFMS, EI 70 eV, 20–400 m/z, 200 spektr/s, zdroj 225 °C
• Standards: směs 11 kyslíkatých sloučenin, 23 aromatů a deuterované interní standardy

Hlavní výsledky a diskuse

GCxGC-TOFMS poskytla vysoce uspořádané chromatogramy ve formě konturového zobrazení, kde první dimenze odděluje podle bodu varu a druhá podle polarity. ChromaTOF software dekonvoluoval i silně koelutující píky (např. MTBE vs. alifatické uhlovodíky) a umožnil spolehlivou identifikaci. Kalibrační křivky 36 analytů vykázaly koeficienty lineární regrese R2 ≥ 0,99. Stanovení tří komerčních vzorků benzinu odhalilo rozdíly ve složení BTEX a vyšších aromátů při různých oktanových číslech.

Přínosy a praktické využití metody

• Simultánní kvantifikace aromátů i kyslíkatých aditiv v jediném analytickém běhu
• Vysoká výtěžnost a reprodukovatelnost díky GCxGC rozlišení a rychlé akvizici TOFMS
• Automatizované zpracování dat dekonvolučním algoritmem ChromaTOF
• Rychlé turn-around časy (10 min) vhodné pro QA/QC i výzkumné laboratoře

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozšíření metody může zahrnovat analýzu stopových biokomponent, rozšíření knihoven hmotnostních spekter pro nové aditiva a kontaminanty či využití strojového učení pro rychlejší dekonvoluci a predikci vlastností složek. Integrace s vysokorychlostními datovými platformami umožní on-line monitorování rafinérských procesů.

Závěr

Použití GCxGC-TOFMS se ukázalo jako efektivní přístup pro komplexní a rychlou kvantitativní analýzu aromatických a kyslíkatých složek v benzinech. Metoda splňuje požadavky ASTM a poskytuje vysokou selektivitu i citlivost v jediném měření.

Reference

• LECO Corporation. Automatic Quantitative Analysis of Total Aromatics and Oxygenates in Gasoline Samples Using GCxGC-TOFMS, Form No. 203-821-229, 2015.