Hydrocarbon Class Analysis of Conventional and Synthetic Aviation Turbine Fuels by ASTM D8396

Význam tématu

Komplexní dvourozměrná plynová chromatografie GCxGC představuje klíčovou metodu pro detailní hydrocarbonovou analýzu paliv. Standard ASTM D8396 ukládá postup pro skupinovou kvantifikaci parafinů, isoparafinů, naphthenů a aromátů v konvenčních i syntetických leteckých turbinových palivech. Díky vývojům bezkryogenního modulatoru se analýza stává dostupnou i v rutinních výrobních a QA/QC laboratořích, kde je vyžadována rychlá a opakovatelná identifikace stovek jednotlivých složek.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo ověřit schopnosti Agilent Reverse Flow Modulatoru (RFM) v kombinaci s kapalinovým chromatografem Agilent 8890 GC a detekcí FID při analýze skupinových typů molekul v referenčních a syntetických leteckých palivech. Studii doplňuje porovnání dvou nosných plynů (vodík a helium), posouzení opakovatelnosti a ukázky praktického nasazení pro různé typy vzorků včetně FT-SPK a HEFA SATF.

Použitá metodika

Postup vychází ze standardu ASTM D8396. Vzorky byly injikovány split 400:1 hranou trubičkového vstupu s objemem 0,1 µl. GCxGC probíhá v reverzním uspořádání kolona první dimenze DB-17 (20 m × 0,18 mm), druhé dimenze DB-1HT (5 m × 0,32 mm) se zpětným přepínáním nosného plynu pomocí RFM. Pro vodíkovou metodu byl modulační cyklus 3,5 s, pro heliovou metodu 6,0 s. Teplotní program od 40 do 230 °C (pro diesel až na 300 °C) v jednom rampu 3 °C/min umožňuje dostatečné rozlišení parafinů, naphthenů i aromátů. Konečná data se analyzují v softwaru GC Image GCxGC Edition s využitím šablon pro automatickou klasifikaci.

Použitá instrumentace

• Agilent 8890 GC
• Agilent 7693A autosampler
• Agilent Reverse Flow Modulator (RFM)
• Kolony DB-17 a DB-1HT
• FID detektory (hlavní a monitorovací)
• Carrier plyn vodík nebo helium
• GC Image GCxGC Edition software

Hlavní výsledky a diskuse

Deset po sobě jdoucích injekcí gravimetrického standardu prokázalo špičkovou časovou opakovatelnost (variace retenčních dob v řádu setin sekund) a kvantitativní přesnost pod 1 % RSD u 39 z 42 sloučenin pro vodík a 42 z 42 pro helium. Porovnání vodíkové a heliové separace odhalilo mírný pokles rozlišení n-parafinů při heliu, přesto lze obě metody nasadit pro D8396. Šablony v GC Image umožnily rychlou a spolehlivou identifikaci a transformaci retenčních čísel mezi separacemi. Analýza vzorků FT-SPK a HEFA-SPK potvrdila převahu parafinických složek, analýza referenčních kerosenů a vzorku diesel FAMEs zase odhalila přítomnost vyšších aromátů a esterů mastných kyselin.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí vyšší množství kompozičních informací než tradiční jednorozměrné GC testy, bez potřeby kryogenního chlazení. Kryogen-free modulátor šetří místo a snižuje nároky na údržbu. Vysoká opakovatelnost retenčních dob a podpora software pro automatickou transformaci šablon zajišťují trvalou stabilitu výsledků a minimalizují čas na revalidaci po běžných údržbách.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření GCxGC metod pro analýzu biopaliv, vysokoaromatických paliv a petrochemických destilátů. V kombinaci s MS detektory lze získat strukturní informace o neznámých sloučeninách. Vývoj inteligentních analytických workflow s umělou inteligencí a strojovým učením zjednoduší interpretaci komplexních chromatogramů a urychlí proces rozhodování ve výzkumu i průmyslové praxi.

Závěr

Agilent 8890 GC s bezkryogenním RFM modulátorem a GCxGC-FID dle ASTM D8396 přináší rutinním laboratořím schopnost detailní skupinové analýzy konvenčních i syntetických jet paliv. Vysoká přesnost, jednoduchá obsluha a integrační podpora softwaru umožňují rychlé nasazení a dlouhodobou stabilitu metody.

Reference

1. Liu Z Phillips JB Comprehensive Two Dimensional Gas Chromatography using an On Column Thermal Modulator Interface J Chromatogr Sci 1991 29 6 227–231 doi 10.1093 chromsci 29.6.227
2. Hydrogen Safety Office of Energy Efficiency and Renewable Energy https www1 eere energy gov hydrogenandfuelcells pdfs h2_safety_fsheet pdf