A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
هنا، نقدم طريقة تستخدم كروماتوغرافيا الغاز ثنائية الأبعاد والكشف عن الترويلوميناتالين النيتروجيني (GCxGC-NCD) لتوصيف فئات مختلفة من المركبات المحتوية على النيتروجين في وقود الديزل ووقود الطائرات على نطاق واسع.
يمكن لبعض المركبات المحتوية على النيتروجين أن تساهم في عدم استقرار الوقود أثناء التخزين. ومن ثم، فإن الكشف عن هذه المركبات وتوصيفها أمر بالغ الأهمية. هناك تحديات كبيرة يجب التغلب عليها عند قياس المركبات النزرة في مصفوفة معقدة مثل الوقود. يمكن أن يؤدي تداخلات الخلفية وتأثيرات المصفوفة إلى فرض قيود على الأجهزة التحليلية الروتينية، مثل GC-MS. من أجل تسهيل قياسات محددة وكمية لمركبات النيتروجين النزرة في الوقود ، يعد كاشف النيتروجين مثاليًا. في هذه الطريقة، يتم استخدام كاشف الترويلولومينولات النيتروجينية (NCD) للكشف عن مركبات النيتروجين في الوقود. يستخدم الأمراض غير المعدية رد فعل خاص بالنيتروجين لا ينطوي على الخلفية الهيدروكربونية. ثنائي الأبعاد (GCxGC) كروماتوغرافيا الغاز هو تقنية توصيف قوية لأنها توفر قدرات فصل متفوقة على أساليب الكروماتوغرافيا الغاز أحادية الأبعاد. عندما يقترن GCxGC مع الأمراض غير المعدية، يمكن وصف مركبات النيتروجين إشكالية وجدت في الوقود على نطاق واسع دون تدخل الخلفية. الطريقة المعروضة في هذه المخطوطة تفاصيل عملية قياس مختلف فئات المركبات المحتوية على النيتروجين في الوقود مع إعداد عينة قليلة. وعموماً، تبين أن طريقة GCxGC-NCD هذه أداة قيمة لتعزيز فهم التركيب الكيميائي للمركبات المحتوية على النيتروجين في الوقود وتأثيرها على استقرار الوقود. %RSD لهذه الطريقة هو <5% لداخل اليوم و < 10% للتحليلات بين اليومين; اللوكان هو 1.7 جزء في المليون وLOQ هو 5.5 جزء في المليون.
وقبل الاستخدام، يخضع الوقود لاختبارات واسعة النطاق لضمان الجودة والمواصفات من قبل المصافي للتحقق من أن الوقود الذي تنتجه لن يفشل أو يسبب مشاكل في المعدات بمجرد نشره. تتضمن اختبارات المواصفات هذه التحقق من نقطة الوميض ونقطة التجميد واستقرار التخزين وغيرها الكثير. اختبارات استقرار التخزين مهمة لأنها تحدد ما إذا كان الوقود لديه ميل للخضوع للتحلل أثناء التخزين ، مما يؤدي إلى تكوين اللثة أو الجسيمات. كانت هناك حوادث في الماضي عندما فشل وقود الديزل F-76 أثناء التخزين على الرغم من أنها اجتازت جميع اختبارات المواصفات1. وأسفرت هذه الأعطال عن تركيزات عالية من الجسيمات في الوقود يمكن أن تضر بمعدات مثل مضخات الوقود. وأشار التحقيق البحثي المكثف الذي أعقب هذا الاكتشاف إلى وجود علاقة سببية بين أنواع معينة من مركبات النيتروجين وتشكيل الجسيمات2و33و44و5., ومع ذلك، فإن العديد من التقنيات المستخدمة لقياس محتوى النيتروجين هي تقنية نوعية بحتة، وتتطلب إعداد عينة واسعة النطاق، ولا تقدم سوى معلومات قليلة عن هوية مركبات النيتروجين المشتبه فيها. الطريقة الموصوفة هنا هي طريقة GC ثنائية الأبعاد (GCxGC) مقترنة بكاشف الترويلومينيسين النيتروجيني (NCD) الذي تم تطويره لغرض توصيف وتوازن مركبات النيتروجين النزرة في وقود الديزل ووقود الطائرات.
ويستخدم كروماتوغرافيا الغاز على نطاق واسع في التحليلات النفطية وهناك أكثر من ستين من أساليب النفط المنشورة ASTM المرتبطة بهذه التقنية. يتم الجمع بين مجموعة واسعة من أجهزة الكشف مع كروماتوغرافيا الغاز مثل قياس الطيف الكتلي (MS، ASTM D27896، D57697)، Fourier تحويل الأشعة تحت الحمراء الطيفية (FTIR ، D59868)، فراغ الطيف فوق البنفسجي (VUV ، D80719)، كاشف تهيئة اللهب (FID ، D742310)، وكاشفات الكيملومينيزات (D550411، D780712، D4629-1713). كل هذه الأساليب يمكن أن توفر معلومات تكوينية كبيرة حول منتج الوقود. نظرًا لأن الوقود مصفوفات عينة معقدة ، فإن كروماتوغرافيا الغاز تعزز التحليل التركيبي عن طريق فصل مركبات العينة استنادًا إلى نقطة الغليان والقطبية والتفاعلات الأخرى مع العمود.
ولتعزيز قدرة الفصل هذه، يمكن استخدام أساليب كروماتوغرافيا الغاز ثنائية الأبعاد (GCxGC) لتوفير خرائط تشكيلية باستخدام أعمدة متتابعة مع كيمياء الأعمدة التقويمية. فصل المركبات يحدث عن طريق القطبية ونقطة الغليان، وهو وسيلة شاملة لعزل مكونات الوقود. على الرغم من أنه من الممكن تحليل المركبات المحتوية على النيتروجين مع GCxGC-MS، تركيز نزر مركبات النيتروجين داخل العينة المعقدة يمنع تحديد14. وقد جرت محاولات استخراج المراحل السائلة السائلة من أجل استخدام تقنيات الـ GC-MS؛ ومع ذلك ، وجد أن عمليات الاستخراج غير مكتملة وتستبعد مركبات النيتروجين الهامة15. بالإضافة إلى ذلك، استخدم آخرون استخراج المرحلة الصلبة لتعزيز إشارة النيتروجين مع تقليل إمكانية تداخل مصفوفة عينة الوقود16. ومع ذلك، تم العثور على هذه التقنية لتجارة التجزئة لا رجعة فيه بعض أنواع النيتروجين، وخاصة الأنواع ذات الوزن الجزيئي المنخفض الحاملة للنيتروجين.
كاشف التكنيّر النيتروجيني (NCD) هو كاشف خاص بالنيتروجين وقد تم استخدامه بنجاح لتحليل الوقود17،18،19. ويستخدم تفاعل الاحتراق من المركبات التي تحتوي على النيتروجين، وتشكيل أكسيد النيتريك (NO)، ورد فعل مع الأوزون (انظر المعادلات 1 و 2)20. ويتم ذلك في أنبوب رد فعل الكوارتز الذي يحتوي على محفز البلاتين ويتم تسخينها إلى 900 درجة مئوية في وجود غاز الأكسجين.
يتم قياس الفوتون المنبعثة من رد الفعل هذا بأنبوب مضاعف ضوئي. هذا الكاشف له استجابة خطية ومعادلة لجميع المركبات المحتوية على النيتروجين لأن جميع المركبات المحتوية على النيتروجين يتم تحويلها إلى NO. كما أنها ليست عرضة لآثار المصفوفة لأن المركبات الأخرى في العينة يتم تحويلها إلى أنواع غير مخمية (CO2 و H2O) أثناء خطوة التحويل من التفاعل (المعادلة 1). وبالتالي ، فهي طريقة مثالية لقياس مركبات النيتروجين في مصفوفة معقدة مثل الوقود.
استجابة equimolar من هذا الكاشف مهم لكمية مركب النيتروجين في الوقود لأن الطبيعة المعقدة للوقود لا تسمح بمعايرة كل أناليليت النيتروجين. تسهل انتقائية هذا الكاشف الكشف عن مركبات النيتروجين النزرة حتى مع خلفية هيدروكربونية معقدة.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
تنبيه: يرجى الرجوع إلى صحائف بيانات السلامة ذات الصلة (SDS) لجميع المركبات قبل الاستخدام. ويوصى بممارسات السلامة المناسبة. يجب أن يتم تنفيذ جميع الأعمال أثناء ارتداء معدات الحماية الشخصية مثل القفازات ونظارات السلامة ومعطف المختبر والسراويل الطويلة والأحذية المغلقة. وينبغي أن يتم جميع الاستعدادات القياسية والعينة في غطاء محرك السيارة التهوية.
1- إعداد المعايير
مركب قياسي | مجموعة تصنيف الوقت Elution |
البيريدين | المجموعة 1 – مركبات النيتروجين الخفيف |
تريميثيلامين | المجموعة 1 – مركبات النيتروجين الخفيف |
ميثيلانين | المجموعة 1 – مركبات النيتروجين الخفيف |
الكينولين | المجموعة 2 – مركبات النيتروجين الأساسية |
ديثيلانيلاين | المجموعة 2 – مركبات النيتروجين الأساسية |
ميثيلكينولين | المجموعة 2 – مركبات النيتروجين الأساسية |
إندول | المجموعة 2 – مركبات النيتروجين الأساسية |
ديميثيليندول | المجموعة 2 – مركبات النيتروجين الأساسية |
إيثيلكاربازول | المجموعة 3 - مركبات النيتروجين غير الأساسية |
كاربازول | المجموعة 3 - مركبات النيتروجين غير الأساسية |
الجدول 1: معايير النيتروجين ومجموعات تصنيف الelution الخاصة بها.
2. إعداد عينة
3. إعداد الصك
الشكل 1: التمثيل التخطيطي لأجهزة GCxGC-NCD. وقد أعيد طبع هذا الرقم من Deese et al. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
معلمات الصك | ||
الأمراض غير المعدية | درجة حرارة قاعدة النيتروجين | 280 درجة مئوية |
درجة حرارة الموقد النيتروجين | 900 درجة مئوية | |
معدل تدفق الهيدروجين | 4 مل/دقيقة | |
معدل تدفق المؤكسد (O2) | 8 مل/دقيقة | |
معدل جمع البيانات | 100 هرتز | |
مدخل | درجة حرارة الإنتلاب | 300 درجة مئوية |
بطانة داخلية | بلا انقسام | |
تدفق التطهير لتقسيم تنفيس | 15 مل/دقيقة | |
تدفق تطهير الحاجز | 3 مل/دقيقة | |
غاز الناقل | هو | |
معدل تدفق غاز الناقل | 1.6 مل/دقيقة | |
حجم المحاقن | 10 ميكرون لتر | |
حجم الحقن | 1 ميكرولتر | |
المغير | وقت التشكيل | 6000 مللي ثانية |
مدة النبض الساخن | 375 مللي ثانية | |
الاعمده | تدفق | 1.6 مل/دقيقة |
نوع التدفق | تدفق مستمر |
الجدول 2: بارامترات الصك.
4- معايرة الأجهزة
الشكل 2: مثال GCxGC-NCD منحنى معايرة carbazole. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
5. تحليل العينة
6 - تحليل البيانات
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
تم استخدام المركب المحتوي على النيتروجين ، carbazole ، في هذه الطريقة كمعيار المعايرة. الكربازول يلتي على بعد حوالي 33 دقيقة من العمود الأساسي وفي 2 s من العمود الثانوي. هذه الأوقات elution سوف تختلف قليلا اعتمادا على طول العمود الدقيق والأجهزة. ومن أجل الحصول على منحنى معايرة مناس...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
والغرض من هذه الطريقة هو تقديم معلومات مفصلة عن محتوى النيتروجين من وقود الديزل ووقود الطائرات دون إعداد عينة واسعة النطاق مثل استخراج السائل. ويتحقق ذلك عن طريق إقران نظام GC ثنائي الأبعاد (GCxGC) مع كاشف النيتروجين محددة (كاشف الترويلومينسيز النيتروجين، NCD). يوفر GCxGC فصلًا كبيرًا للمركبات نس...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
وقدمت الدعم التمويلي لهذا العمل وكالة الخدمات اللوجستية الدفاعية للطاقة وقيادة النظم الجوية البحرية.
وقد تم إجراء هذا البحث في حين حصل مؤلف على جائزة NRC للبحوث الزميلة في مختبر البحوث البحرية الأميركية.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 µL syringe | Agilent | gold series | |
180 µm x 0.18 µm Secondary Column | Restek | Rxi-1MS | nonpolar phase column, crossbond dimethyl polysiloxane |
250 µm x 0.25 µm Primary Column | Restek | Rxi-17SilMS | midpolarity phase column |
Autosampler tray and tower | Agilent | 7963A | |
Carbazole | Sigma | C5132 | 98% |
Diethylaniline | Aldrich | 185898 | ≥ 99% |
Dimethylindole | Aldrich | D166006 | 97% |
Duel Loop Thermal Modulator | Zoex Corporation | ZX-1 | |
Ethylcarbazole | Aldrich | E16600 | 97% |
Gas chromatograph | Agilent | 7890B | |
GC vials | Restek | 21142 | |
GCImage Software, Version 2.6 | Zoex Corporation | ||
Indole | Aldrich | 13408 | ≥ 99% |
Isopropyl Alcohol | Fisher Scientific | A461-500 | Purity 99.9% |
Methylaniline | Aldrich | 236233 | ≥ 99% |
Methylquinoline | Aldrich | 382493 | 99% |
Nitrogen Chemiluminescence Detector | Agilent | 8255 | |
Pyridine | Sigma-Aldrich | 270970 | anhydrous, 99.8% |
Quinoline | Aldrich | 241571 | 98% |
Trimethylamine | Sigma-Aldrich | 243205 | anhydrous, ≥ 99% |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved