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1. Probenvorbereitung <ol><li> Generieren eines gemischten wässrigen / organischen Produktstrom über eine kontinuierliche Strömung HTL von Algen nach dem Reaktordesign und experimentelle Verfahren in der Literatur 10,11 gefunden. </li><li> Verwenden Sie einen Schwerkraftabscheider den Produktstrom in eine wässrige Phase und organische Phase zu trennen. </li><li> Filter 10 ml der HTL wässrigen Phase unter Verwendung eines 0,45 &amp; mgr; m Spritzenfilter und im Kühlschrank bei 4 ° C für GC × GC-TOF-MS-Analyse erhalten. </li></ol> 2. Gerätekomponenten <ol><li> Verwenden Sie einen Gaschromatographen (GC), ausgestattet mit einem Quad-Jet zweistufigen Kühl-basierten Modulator und Time-of-Flight (TOF) Massenspektrometer (MS) für diese Experimente. </li><li> Konfigurieren Sie den Autosampler zu injizieren 1 ul jeder Probe oder Standard in den GC. Verwenden Sie einen randomisierten Blockdesign von Probe und Standard - Injektionen für die Autosampler - Sequenz als 13 in der Literatur beschrieben. Die randomized Blockbauweise wird in quantitativen Studien zur Steuerung für den Betrieb des Gerätes verwendet. Unser Labor verwendet das Design routinemäßig auch in vergleichenden Studien Instrument Betrieb zu überprüfen. </li><li> Schließen Sie die primäre und sekundäre Spalte eine Pressedichten Stecker vor dem Modulator. Stellen Sie sicher, dass beide Ränder beider primären und sekundären Säulen sind gerade geschnitten, ohne scharfe Kanten vor der Presse dichten Stecker zu verbinden. </li><li> Platzieren Zwinge auf der GC-Säule und anschließend Primärsäule in die GC-Injektor verbinden, so dass 5 mm Säule innerhalb des Injektors ist. </li><li> Stellen Sie sicher, dass Glaseinsatz, Antihaft-Liner O-Ring und Septen für GC Injektor sind neu und frei von Verunreinigungen. </li><li> Verwenden Sie 1/16 x 0,5 mm ID Transferleitung Zwingen die sekundäre Spalte und Übertragungsleitung zu verbinden. Legen Sie eine 0,2 m Teil der Sekundär Spalte in der Transferleitung. </li><li> Sicherzustellen, dass ein 0,1 m Teil der Sekundärkolonne im Modulator ist. </li><li> Verwenden Sie Helium höchster ReinheitGas als Trägergas für GC bei einer Flussrate von 1,5 ml min -1. </li><li> Sicherzustellen, dass in dem Dewar ausreichend flüssigem Stickstoff, der als Kühlmittel in den Modulator wirkt. Das Niveau des flüssigen Stickstoffs in dem Dewar kann ein Manometer an seinem Ausgang vorhergesagt werden. A 69 kPa Lesen des Manometer zeigt an, dass die Dewar voll ist, während 0 kPa zeigt an, dass er leer ist. </li></ol> 3. Protokolle Vor Analyse von Proben <ol><li> Stellen Sie sicher, es keine größeren Lecks im Gerät sind. Wenn der Vakuummeters Lesen des TOF-MS ist höher als 2,7 × 10 -5 Pa für 1,5 ml min -1 GC Säule Strömungsrate, zeigt dies ein großes Leck im System. </li><li> Aufbau der Qualitätskontrolle (QC) Methode und laufen in-built &quot;Erfassungssystem Anpassungen&quot; Protokoll maximale Signalantwort unter Verwendung von Protokoll des Herstellers zu erreichen. </li><li> Führen Sie in-built &quot;Instrument Optimierung&quot; Protokolle von QC-Verfahren, in Serie - filament Fokus, Ionenoptik Fokus und Massentests Kalibrierung Protokoll des Herstellers verwendet wird. Stellen Sie sicher, dass Massenkalibrierung Test besteht. Das QC-Verfahren stellt sicher, dass alle Hardware-Parameter des Instruments auf einem optimalen Niveau. </li><li> Führen Sie eine &quot;Dichtigkeitsprüfung&quot; mit Protokoll des Herstellers. Analysieren Sie erzeugt automatisch Dichtigkeitsprüfung Bericht. Sicherzustellen , dass die relative Konzentration von 28 (N 2), 32 (O 2) und 18 (Feuchtigkeit) -Ionen unter weniger als 10% sein darf, 3% und 5% der internen Standard - Massenspektren von 69 - Ion, respectively. </li><li> Stimmen Sie die TOF-MS Protokoll des Herstellers. </li><li> Führen Sie Qualitätskontrollverfahren sowie TOF-MS tune-Protokoll vor und nach der Dichtigkeitsprüfung und auch während Proben und Standards zu analysieren. </li></ol> 4. Protokoll der optimalen Modulationsperiode des Modulators zu bestimmen <ol><li> Willkürlich wählen Sie einen langen Modulationsperiode (zB 10 sec oder 13 sec). Injizieren einer Probe wie in 2.2 beschrieben. </li><li&gt; Identifizieren Sie die Verweilzeit in der zweiten Dimension der Konturdiagramm, nach dem keine Peaks eluieren. Wählen Sie identifizierten zweiten Dimension Retentionszeit als optimale Modulationsperiode dar. 2 deutlich die Identifizierung der Retentionszeit in der zweiten Dimension der Konturplot aufzuklären. </li><li> Erhöhen Sie die Zeit Modulation in Schritt 4.1 und die Analyse erneut durchführen , wenn &quot;Wrap - around&quot; 18 beobachtet. Umschlingen Erscheinungen tritt auf, wenn die Spitzen in der zweiten Dimension unterhalb der Basislinie der ersten Dimension eluiert. Beispiel Konturdiagramm für &#39;allumfassenden&#39; wird in ergänzenden Informationen Abbildung 3 dargestellt. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 4.2 und 4.3 bis optimalen Wert bestimmt wird. </li></ol> 5. Experimentelle Parameter Instrument Set-up <ol><li> Installieren einer polaren (60 mx 0,25 mm x 0,5 &amp; mgr; m Filmdicke) Kapillarsäule als Primärsäule und einem unpolaren (2,3 mx 0,25 mm x 0,5 &amp; mgr; m Filmdicke) capillary Spalte als sekundäre Spalte. Backen sowohl die Primär- und Sekundärspalte für mindestens 2 Stunden zur Entfernung von Spurenmengen an Feuchtigkeit, Luft und Verunreinigungen mit neuen GC-Säulen verbunden. </li><li> Verwenden ultrareinen Heliumgas als Trägergas für GC bei einer Flussrate von 1,5 ml min -1. </li><li> Stellen Sie die GC-Injektor auf eine Temperatur von 260 ° C und einem Teilungsverhältnis von 1: 250. </li><li> Verwenden das folgende Temperaturprogramm für die Primärsäule: eine konstante Temperatur von 40 ° C für 0,2 min durch einen Temperaturanstieg gefolgt bis 260 ° C bei 5 ° C min -1, gefolgt von einer konstanten Temperatur von 260 ° C für 5 min. </li><li> Aufrechterhaltung der Modulator Temperatur 5 ° C höher ist als die der Sekundärsäule und der sekundären Säulentemperatur bei 5 ° C höher ist als die der Primärsäule. </li><li> Verwenden Sie eine optimale Modulationsperiode von 4 Sekunden mit 0,8 sec heißen Puls und 1,2 sec kaltem Puls. Dieser Wert wird auf dem Protokoll in Sekte beschrieben bestimmt basierendIonen-4. </li><li> Stellen Sie den Übertragungsleitungstemperatur bis 270 ° C. </li><li> Stellen Sie den Erwerb Verzögerung oder Lösungsmittel Verzögerung auf 0 sec. </li><li> Stellen Sie den unteren und höheren Bereich von m / z 35 und 800, beziehungsweise. </li><li> Stellen Sie den MS-Detektor Erfassungsrate bei 400 Spektren / s. </li><li> Pflegen Sie die MS Detektorspannung bei 150 V höher als der optimierte Wert. </li><li> Pflegen Sie die MS-Ionenquellentemperatur bei 225 ° C. </li></ol> 6. Datenanalyse <ol><li> Führen Sie die Datenverarbeitung unter Verwendung der Software vom Hersteller des Instruments geliefert. </li><li> Wählen Sie die folgenden Aufgaben in der Datenanalysemethode - Compute Beginn der Studie finden Spitzen oberhalb der Basislinie, Bibliothek suchen und zu berechnen sind / Höhe. </li><li> Verfolgen Sie die Basislinie durch die Datendatei. Geben Sie Baseline Offset als 0,5. Eingeben erwarteten Spitzenbreite von 15 sec in der ersten Dimension und 0,15 sec in der zweiten Dimension. </li><li> Eingestellt Signal-Rausch-Verhältnis als 5,000 und Ähnlichkeitswerte von&gt; 850 für identifizierung von Verbindungen. </li><li> Wählen Sie eine im Handel erhältliche Massenspektrenbibliothek zu chemischen Verbindungen, die in den Proben zu identifizieren und die Bibliotheks-Suchmodus eingestellt zu übermitteln. </li><li> Verarbeiten Sie die Datendateien mit dieser Datenanalysemethode unter Verwendung von Protokoll des Herstellers. Es erfordert zumindest 1 h, eine Datendatei zu verarbeiten. </li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Ergebnisse veranschaulichen deutlich die Fähigkeit der Säule Kombination von polaren × unpolare ohne Techniken vor der Probenvorbereitung polaren Verbindungen und leichte flüchtige Stoffe in der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl zu lösen. Drastische Peaktailing wurde für organische Säuren und N-Verbindungen beobachtet, während die nicht-polare × polaren Säulenkombination verwendet wird. Dieser Peaktailing wurde nicht für den früh eluierenden Licht organischen Substanzen beobachtet. Dieses Verhalten is...

Stetiges Wachstum in der Nachfrage nach flüssigen Brennstoffen, die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe, die Unsicherheit der Versorgung mit fossilen Brennstoffen, und die Sorgen über die zunehmende Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre haben 1 für nachwachsende Rohstoffe weltweit das Bewusstsein erhöht. Solarenergie (einschließlich der Photovoltaik und solarthermische), Windenergie, Wasserkraft, Geothermie und Biomasse sind die wichtigsten erneuerbaren Quellen , die möglicherweise mit fossilen Energieprodukt 2 ersetzen könnte. Von diesen ist Biomasse die einzige Kohlenstoff basierende alternative Energiequelle für die Herstellung von flüssigen Kraftstoffen und hochwertige Chemikalien 3. Biomasse umfasst alle organischen Material, wie Waldressourcen, landwirtschaftlichen Abfällen, Algen, Ölsaaten, feste Siedlungsabfälle und kohlenstoffreiche Industrieabfälle (zB aus der Zellstoff- und Papierindustrie oder der Lebensmittelverarbeitung) 1. Biomasse wird in zwei Kategorien eingeteilt: Lignocellulose-und nicht-holzigen Einsatzstoffe auf Basis von comPositionscharakteristika. Lignocellulose - Biomasse besteht aus Kohlenhydraten und Lignin, während nicht-holzigen Einsatzstoffe haben Proteine, Kohlenhydrate und Lipide / Öle 4. Lignocellulose - Einsatzmaterial, von terrestrischen Pflanzen gewonnen werden , können nur 30% der aktuellen flüssigen Kraftstoff (Benzin, Düsentreibstoff und Dieselkraftstoff) erfüllen die Nachfrage , wenn nachhaltig angebauten und geernteten 5,6. Daher nicht holzigen Wasser Mikroorganismen wie Mikroalgen und Pilzen, werden als potenzielle Einsatzstoffe für die Produktion von erneuerbaren flüssigen Brennstoffen Lignocellulose-Ressourcen zu ergänzen. Microalgae Einsatzmaterialien haben das Potenzial , zu aktuellen flüssigen Kraftstoffen verlangen 7,8 erfüllen. Algen haben viele Vorteile: hohe Flächenproduktivität 8, die Fähigkeit , in geringer Qualität, Brack- oder Meerwasser 9, und die Fähigkeit zu wachsen 7,8 energiereichen Triglyceride oder Kohlenwasserstoffe zu akkumulieren. Die hydrothermale Verflüssigung (HTL) ist eine praktikable und skalierbare conversion Prozess, der 10,11 Wasser natürlich im Zusammenhang mit Algen oder Wassereinsatzstoffe verwendet. Es ist ein thermo-chemisches Verfahren mit Betriebstemperaturen von 250-400 ° C und Betriebsdrücke von 10-25 MPa, die ein flüssiges Produkt erzeugt, oder Bio-Rohöl, das in einer Kraftstoffmischkomponente aufgerüstet werden kann. Bio-Rohöl aus HTL von Algen produziert hat unterscheidbar und leicht trennbar organischen und wässrigen Fraktionen. Die organische Fraktion von Bio-Rohöl kann effizient durch katalytische Hydrobehandlungsverfahren 11 in einer Raffinerie bereit Mischkomponente umgewandelt werden. Die wässrige Fraktion von Bio-Rohöl enthält ~ 30% der gesamten Kohlenstoff in der Beschickung Algen. Obwohl Tausende von Verbindungen in der HTL wässrigen Strom identifiziert wurde, bestehen die vorherrschende Fraktionen mit niedrigem Molekulargewicht Oxygenate (einschließlich Säuren, Alkohole, Ketone und Aldehyde) durch den Abbau von Kohlenhydraten gebildet und Lipiden und Stickstoffheterocyclen (einschließlich Pyrrole, Pyridine , pyrazinES und Imidazole) , abgeleitet von Proteinzersetzungs 12. Studien über die wässrige Fraktion unter Verwendung von insgesamt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sowie die Nachhaltigkeit zu verbessern, sind im Gange. Synthesegas kann aus der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl durch katalytische hydrothermale Vergasung 10,13, 14 hergestellt werden. Alternativ organics in der wässrigen Fraktion auch katalytisch zur Kraftstoffadditive und Spezialchemikalien umgewandelt werden können. Forschung auf die katalytische hydrothermale Vergasung und Katalysator-Screening-Studien zur Umwandlung von organischen Stoffen in der wässrigen flüssigen Phase der Optimierung ist derzeit im Gange am Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Für diese Arbeit wird sowohl qualitative als auch quantitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von Algen Bio-Rohöl erforderlich. Da die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohöl ist ein Abfallstrom betrachtet, gibt es sehr wenige Studien, die die wässrige Fraktion von Algen bio-rohes 13,15 analysiert. Außerdem jüngstenStudien zu dem Schluss , dass diese HTL Algen Wasser in hochwertige Bio-Produkte umzuwandeln , die Nachhaltigkeit sowie Wirtschaftlichkeit eines HTL-basierten Bioraffinerie 11 verbessern würde. Deshalb fokussiert diese Studie ein Verfahren zur qualitativen Charakterisierung der wässrigen Fraktion von Bio-Rohöl aus HTL von Algen durch zweidimensionale Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie (GC × GC-TOF-MS), erhalten auf die Entwicklung. GC × GC-TOF-MS ist die vielversprechendste chromatographische analytische Technik Auflösung (oder Trennung von chemischen Verbindungen in einer Probe) zu erhöhen, Spitzenleistung (dh Anzahl der aufgelösten Peaks), Signal-Rausch - Verhältnis (zur Identifizierung von chemischen Verbindungen , mit hoher Konfidenz) und Co-Elution von chemischen Verbindungen 16 zu vermeiden. Um Auflösung, Spitzenleistung und das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren, zwei GC-Säulen mit verschiedenen stationären Phasen sind in Reihe mit einem Preßsitz c verbundenonnector oder Mikro-union 17 (siehe Abbildung 1 , die ein Blockdiagramm des GC × GC-TOF-MS - System in dieser Studie verwendet wird). Ein Modulator zwischen dem Presssitzanschluss und sekundären Säulen zu stoppen befindet, neu auszurichten und wieder injizieren die Abwässer aus der primären Säule in die zweite Säule 18. Modulation tritt auf der Sekundärsäule in der vorliegenden Studie als in 1 gezeigt. Die sekundäre Säule dann in die TOF-MS über eine Übertragungsleitungsanordnung verbunden ist. GC × GC-TOF-MS wurde zuvor für die qualitative und quantitative Analyse von organischen Proben wie Rohöl 16,19, Benzin, Jet-Fuel, Diesel, Bio-Diesel, und der organische Anteil der Bio-Kraftstoff verwendet 20- 22 aus thermo-chemischen sowie thermo-katalytische Umwandlung verarbeitet 23,24 hergestellt. Zur Charakterisierung dieser organischen Proben in GC × GC-TOF-MS-Instrumente, eine lange unpolaren Säule wwie als primäre Spalte verwendet, während eine kurze polare Säule als sekundäre Säule verwendet wurde. Diese herkömmliche Säulenkonfiguration löst chemische Verbindungen , basierend auf Unterschieden in Volatilität über der ersten Dimension, gefolgt von der Polarität in der zweiten Dimension 18. Wässrige oder Wasserproben aus biologischen Prozessen, Lebensmittelverarbeitung und Umwelt Abfälle wurden charakterisiert auch mit ähnlichen Primär- / Sekundärspaltenkonfigurationen , nachdem die Probe war durch die Vorbereitung 17,25-30 Schritte. Probenvorbereitungstechniken wie Derivatisierung, Festphasenextraktion und organischen Lösungsmittelextraktion wurden alle vor verwendet worden × GC-TOF-MS - Analyse 17,27-29,31,32 an GC. Diese Techniken wurden bei Verringerung der Polarität der Verbindungen in der Probe für die Analyse unter Verwendung einer herkömmlichen Spaltenkonfiguration 33 ausgerichtet. Eine alternative Strategie wurde in dieser Studie verwendet auf der Grundlage der Art der Probe (hier polaren organischen Verbindungen in Wasser)Verwendung der umgekehrten primären / sekundären Säulenkonfiguration für GC × GC-TOF-MS-Analyse. Da der wässrigen Fraktion von Bio-Rohöl aus HTL hergestellten polaren Verbindungen 13, eine Säulenkombination eines primären polaren Säule und einem sekundären unpolare Säule wurde im GC × GC-TOF-MS ohne vorgeschalteten Probenvorbereitung eingesetzt. Diese primäre / sekundäre Säulenkombination löst chemische Verbindungen auf Basis von Unterschieden in der Polarität über die erste Dimension, durch die Volatilität in der zweiten Dimension gefolgt. Begrenzte analytische Verfahren existieren in der Literatur für die Charakterisierung von wässrigen Proben unter Verwendung von zweidimensionalen Gaschromatographie ohne vorherige Probenaufbereitung 15. Das Ziel dieser Studie war es, die chemischen Verbindungen, die in der wässrigen Fraktion von Algen bio-Rohöl zu bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen, eine GC × GC-TOF-MS Datenerfassungsmethode wurde mit einer Säule Kombination von polaren Säule (prim entwickeltary) × unpolare (sekundär). Klenn et al. (2015) vorgeschlagen , dass die Länge der Primärsäule Erhöhung (insbesondere 60 m GC - Säulen) und Absenken des Offset - Temperatur der sekundären Säule in Bezug auf die Primärsäule Spitzenleistung zu maximieren würde und Auflösung 16-18. Daher ist eine 60 m Primärsäule und 5 ° C Offset-Temperatur der sekundären Säule in Bezug auf die primäre Säule wurden in dieser Studie verwendet. Die optimale Modulationsperiode bestimmt wurde ein Protokoll in dieser Studie beschriebenen folgenden (siehe Abschnitt 4). Die optimale Anstiegsrate von GC Säulentemperatur wurde durch einen Versuch und Irrtum - Methode bestimmt und ist vergleichbar mit dem Wert in der Literatur vorgeschlagen 16-18. Um die Vorteile dieser Säulenkombination für wässrige Proben diskutieren haben wir HTL Algen Wasserproben mit der herkömmlichen Säulenkombination aus unpolaren × polar analysiert. Betriebsparameter in der Literatur vorgeschlagen wurden zur Analyse der wässrigen eingesetztFraktion von Algen bio-Rohöl mit einem unpolaren × polaren Säulenkombination 18.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="867">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">GC &#215; GC - TOF/MS</td>
			<td style="width:199px;">Leco</td>
			<td style="width:151px;">PEG4D11DLN15</td>
			<td style="width:268px;">Commercial Pegasus 4D</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">ChromaTOF version 4.50&#160;</td>
			<td style="width:199px;">Leco</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:268px;">Data analysis software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Rxi-5MS GC column</td>
			<td style="width:199px;">Restek</td>
			<td style="width:151px;">13420</td>
			<td style="width:268px;">2.3 m column was used from this column.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Stabilwax GC column</td>
			<td style="width:199px;">Restek</td>
			<td style="width:151px;">10626</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">HP-5 GC column</td>
			<td style="width:199px;">Agilent</td>
			<td style="width:151px;">19091J-416</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Stabilwax GC column</td>
			<td style="width:199px;">Restek</td>
			<td style="width:151px;">15121</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Presstight Connector</td>
			<td style="width:199px;">Restek</td>
			<td style="width:151px;">20430</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">GC injector liner</td>
			<td style="width:199px;">Restek</td>
			<td style="width:151px;">23305.5</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">GC Injector ferrules</td>
			<td style="width:199px;">Agilent</td>
			<td style="width:151px;">5181-3323</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Non-stick liner O-rings</td>
			<td style="width:199px;">Agilent</td>
			<td style="width:151px;">5188-5365</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Transfer line ferrules</td>
			<td style="width:199px;">Restek</td>
			<td style="width:151px;">20212</td>
			<td style="width:268px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Ethanol</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">459844</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Acetone</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">414689</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Acetic acid</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">320099</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">2-butanone</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">360473</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Propanoic acid</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">402907</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Butanoic acid</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">19215</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Pyridine</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">270970</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Pyrazine</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">65693</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Acetamide</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">695122</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">2,5-pyrrolididione</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">S9381</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">N-methylsuccinimide</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">325384</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:249px;">N-(2-hydroxyethyl)succinimide</td>
			<td style="width:199px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">444073</td>
			<td style="width:268px;">Chromatography grade</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

qualitative characterization of the aqueous fraction from hydrothermal liquefaction of algae using 2d gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry

Zweidimensionale Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Identifizierung und Quantifizierung von chemischen Komponenten in komplexen Mischungen. Es wird oft zu analysieren Benzin, Jet-Fuel, Diesel, Bio-Diesel und die organische Fraktion von Bio-Rohöl / Bio-Öl verwendet. In den meisten dieser Analysen ist die erste Dimension der Trennung unpolare, durch eine polare Trennung. Die wässrigen Fraktionen von Bio-Rohöl und andere wässrige Proben aus Biokraftstoffproduktion wurden mit ähnlichen Spaltenkombinationen untersucht. Jedoch Probenvorbereitungstechniken wie Derivatisierung, Lösungsmittelextraktion und Festphasenextraktion notwendig waren vor der Analyse. In dieser Studie wurden durch zweidimensionale Gaschromatographie wässrigen Fraktionen aus der hydrothermalen Verflüssigung von Algen gewonnen wurden, ohne vorherige Probenvorbereitungstechniken mit time-of-flight-Massenspektrometrie gekoppelt gekennzeichnet eine polare Trennung in der ersten Dimension verwendet, gefolgtdurch eine nicht-polare Trennung in der zweiten. Zweidimensionale Plots aus dieser Analyse wurden mit denen aus der traditionellen Säulenkonfiguration verglichen. Ergebnisse aus qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktionen von Algen bio-Rohöl werden ausführlich diskutiert. Die Vorteile der Verwendung eines polaren durch eine unpolare Trennung gefolgt Trennung zur Charakterisierung von organischen Stoffen in wässrigen Proben mittels zweidimensionaler Gaschromatographie gekoppelt mit time-of-flight-Massenspektrometrie werden hervorgehoben.

Insgesamt Ionenchromatogramm (TIC) für die wässrige Fraktion von Algen bio-Rohöl mit einer Säulenkombination polarer × unpolare ist in 4 gezeigt analysiert erhalten. Die Retentionszeiten und die Ähnlichkeit oder Übereinstimmung Faktorwerte der Verbindungen , die durch die Suche gegen Nationale identifiziert Institute of Standards and Technology (NIST) Bibliothek sind in Tabelle 1 tabelliert. Oxygenate (wie cyclopenatanone, Furanderivate und Dianhy...

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Qualitative Characterization of the Aqueous Fraction from Hydrothermal Liquefaction of Algae Using 2D Gas Chromatography with Time-of-flight Mass Spectrometry

A two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry method is described for characterization of the aqueous fraction of bio-crude produced from hydrothermal liquefaction of algae. This protocol can also be employed to analyze the aqueous fraction of liquid products from fast pyrolysis, catalytic fast pyrolysis, catalytic deoxygenation and hydro-treating.

Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry

Two-dimensional gas chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry is a powerful tool for identifying and quantifying chemical components in ...

qualitative-characterization-aqueous-fraction-from-hydrothermal

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.3K Aufrufe.  Pacific Northwest National Laboratory. A two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry method is described for characterization of the aqueous fraction of bio-crude produced from hydrothermal liquefaction of algae. This protocol can also be employed to analyze the aqueous fraction of liquid products from fast pyrolysis, catalytic fast pyrolysis, catalytic deoxygenation and hydro-treating. 

Serie: Qualitative Characterization of the Aqueous Fraction from Hydrothermal Liquefaction of Algae Using 2D Gas Chromatography with Time-of-flight Mass Spectrometry

Characterizing Bacterial Volatiles using Secondary Electrospray Ionization Mass Spectrometry (SESI-MS)

Secondary electrospray ionization mass spectrometry (SESI-MS) is a method developed for the rapid detection of volatile compounds, without the need for sample pretreatment. The method was first described by Fenn and colleagues1 and has been applied to the detection of illicit drugs2 and explosives3-4, the characterization of skin volatiles5, and the analysis of breath6-7.
SESI ionization occurs by proton transfer reactions between the electrospray solution and the volatile analyte, and is therefore suitable for the analysis of hetero-organic molecules, just as in traditional electrospray ionization (ESI). However, unlike standard ESI, the proton transfer process of SESI occurs in the vapor phase rather than in solution (Fig. 1), and therefore SESI is best suited for detecting organic volatiles and aerosols.
We are expanding the use of SESI-MS to the detection of bacterial volatiles as a method for bacterial identification and characterization8. We have demonstrated that SESI-MS volatile fingerprinting, combined with a statistical analysis method, can be used to differentiate bacterial genera, species, and mixed cultures in a variety of growth media.8 Here we provide the steps for obtaining bacterial volatile fingerprints using SESI-MS, including the instrumental parameters that should be optimized to ensure robust bacterial identification and characterization.

Characterizing Bacterial Volatiles using Secondary Electrospray Ionization Mass Spectrometry SESI-MS

Secondary electrospray ionization mass spectrometry (SESI-MS) enables the detection of volatile organic compounds (VOCs) without the need for any sample pretreatment. This protocol provides instructions for the rapid (within minutes) characterization of bacterial VOCs using SESI-MS.

Charakterisierung Bakterielle Flüchtige mit Secondary Elektrospray-Ionisation-Massenspektrometrie (SESI-MS)

Secondary electrospray ionization mass spectrometry (SESI-MS) is a method developed for the rapid detection of volatile compounds, without the need for ...

Forschung

Biotechnik

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including numerous stereoisomers1,2. These metabolites can be formed from free or esterified fatty acids. Many of these oxidized metabolites have biological activity and have been implicated in various diseases including cardiovascular and neurodegenerative diseases, asthma, and cancer3-7. Oxidized bioactive lipids can be formed enzymatically or by reactive oxygen species (ROS). Enzymes that metabolize fatty acids include cyclooxygenase (COX), lipoxygenase (LO), and cytochromes P450 (CYPs)1,8. Enzymatic metabolism results in enantioselective formation whereas ROS oxidation results in the racemic formation of products.
While this protocol focuses primarily on the analysis of AA- and some LA-derived bioactive metabolites; it could be easily applied to metabolites of other fatty acids. Bioactive lipids are extracted from cell lysate or media using liquid-liquid (l-l) extraction. At the beginning of the l-l extraction process, stable isotope internal standards are added to account for errors during sample preparation. Stable isotope dilution (SID) also accounts for any differences, such as ion suppression, that metabolites may experience during the mass spectrometry (MS) analysis9. After the extraction, derivatization with an electron capture (EC) reagent, pentafluorylbenzyl bromide (PFB) is employed to increase detection sensitivity10,11. Multiple reaction monitoring (MRM) is used to increase the selectivity of the MS analysis. Before MS analysis, lipids are separated using chiral normal phase high performance liquid chromatography (HPLC). The HPLC conditions are optimized to separate the enantiomers and various stereoisomers of the monitored lipids12. This specific LC-MS method monitors prostaglandins (PGs), isoprostanes (isoPs), hydroxyeicosatetraenoic acids (HETEs), hydroxyoctadecadienoic acids (HODEs), oxoeicosatetraenoic acids (oxoETEs) and oxooctadecadienoic acids (oxoODEs); however, the HPLC and MS parameters can be optimized to include any fatty acid metabolites13.
Most of the currently available bioanalytical methods do not take into account the separate quantification of enantiomers. This is extremely important when trying to deduce whether or not the metabolites were formed enzymatically or by ROS. Additionally, the ratios of the enantiomers may provide evidence for a specific enzymatic pathway of formation. The use of SID allows for accurate quantification of metabolites and accounts for any sample loss during preparation as well as the differences experienced during ionization. Using the PFB electron capture reagent increases the sensitivity of detection by two orders of magnitude over conventional APCI methods. Overall, this method, SID-LC-EC-atmospheric pressure chemical ionization APCI-MRM/MS, is one of the most sensitive, selective, and accurate methods of quantification for bioactive lipids.

This protocol will demonstrate the extraction and analysis of free and esterified bioactive fatty acids from cells. Fatty acids are accurately quantified using stable isotope dilution, chiral liquid chromatography, electron capture atmospheric chemical ionization multiple reaction monitoring mass spectrometry (SID-LC-ECAPCI-MRM/MS).

Cellular Lipidextraktion für Targeted Stable Isotope Dilution Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie-Analyse

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Cell Co-culture Patterning Using Aqueous Two-phase Systems

Cell patterning technologies that are fast, easy to use and affordable will be required for the future development of high throughput cell assays, platforms for studying cell-cell interactions and tissue engineered systems. This detailed protocol describes a method for generating co-cultures of cells using biocompatible solutions of dextran (DEX) and polyethylene glycol (PEG) that phase-separate when combined above threshold concentrations. Cells can be patterned in a variety of configurations using this method. Cell exclusion patterning can be performed by printing droplets of DEX on a substrate and covering them with a solution of PEG containing cells. The interfacial tension formed between the two polymer solutions causes cells to fall around the outside of the DEX droplet and form a circular clearing that can be used for migration assays. Cell islands can be patterned by dispensing a cell-rich DEX phase into a PEG solution or by covering the DEX droplet with a solution of PEG. Co-cultures can be formed directly by combining cell exclusion with DEX island patterning. These methods are compatible with a variety of liquid handling approaches, including manual micropipetting, and can be used with virtually any adherent cell type.

Aqueous two-phase systems were used to simultaneously pattern multiple populations of cells. This fast and easy method for cell patterning takes advantage of the phase separation of aqueous solutions of dextran and polyethylene glycol and the interfacial tension that exists between the two polymer solutions.

Zelle Co-Kultur Strukturierung mit wässrigen Zwei-Phasen-Systeme

Cell patterning  technologies that are fast, easy to use and affordable will be required for the  future development of high throughput cell assays, ...

Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological tissues at the hundreds to tens of microns scale. When performed under ambient conditions, sample pre-treatment becomes unnecessary, thus simplifying the protocol while maintaining the high quality of information obtained. Desorption electrospray ionization (DESI) is a spray-based ambient MSI technique that allows for the direct sampling of surfaces in the open air, even in vivo. When used with a software-controlled sample stage, the sample is rastered underneath the DESI ionization probe, and through the time domain, m/z information is correlated with the chemical species' spatial distribution. The fidelity of the DESI-MSI output depends on the source orientation and positioning with respect to the sample surface and mass spectrometer inlet. Herein, we review how to prepare tissue sections for DESI imaging and additional experimental conditions that directly affect image quality. Specifically, we describe the protocol for the imaging of rat brain tissue sections by DESI-MSI.

Desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS) is an ambient method by which samples, including biological tissues, can be imaged with minimal sample preparation. By rastering the sample below the ionization probe, this spray-based technique provides sufficient spatial resolution to discern molecular features of interest within tissue sections.

Imaging von biologischem Gewebe durch Desorption Elektrospray-Ionisation-Massenspektrometrie

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological ...

Permeabilization of Adhered Cells Using an Inert Gas Jet

Various cell transfection techniques exist and these can be broken down to three broad categories: viral, chemical and mechanical. This protocol describes a mechanical method to temporally permeabilize adherent cells using an inert gas jet that can facilitate the transfer of normally non-permeable macromolecules into cells. We believe this technique works by imparting shear forces on the plasma membrane of adherent cells, resulting in the temporary formation of micropores. Once these pores are created, the cells are then permeable to genetic material and other biomolecules. The mechanical forces involved do run the risk of permanently damaging or detaching cells from their substrate. There is, therefore, a narrow range of inert gas dynamics where the technique is effective. An inert gas jet has proven efficient at permeabilizing various adherent cell lines including HeLa, HEK293 and human abdominal aortic endothelial cells. This protocol is appropriate for the permeabilization of adherent cells both in vitro and, as we have demonstrated, in vivo, showing it may be used for research and potentially in future clinical applications. It also has the advantage of permeabilizing cells in a spatially restrictive manner, which could prove to be a valuable research tool.

This protocol describes a method for the temporary permeabilization of adherent cells using an inert gas jet. This technique facilitates the transfer of genetic material and biomolecules into adherent mammalian cells by the utilization of mechanical forces to disrupt the plasma membrane.

Permeabilisierung der anhaftenden Zellen mit einem Inertgas Jet

Various cell transfection techniques exist and these can be broken down to three broad categories: viral, chemical and mechanical. This protocol describes ...

Sample Preparation Strategies for Mass Spectrometry Imaging of 3D Cell Culture Models

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with some of the spatial and molecular complexity of tissue. For example, many cell lines form 3D structures given appropriate in vitro conditions. Colon cancer cell lines form 3D cell culture spheroids, in vitro mimics of avascular tumor nodules. While immunohistochemistry and other classical imaging methods are popular for monitoring the distribution of specific analytes, mass spectrometric imaging examines the distribution of classes of molecules in an unbiased fashion. While MALDI mass spectrometric imaging was originally developed to interrogate samples obtained from humans or animal models, this report describes the analysis of in vitro three dimensional cell cultures, including improvements in sample preparation strategies. Herein is described methods for growth, harvesting, sectioning, washing, and analysis of 3D cell cultures via matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry (MALDI-MS) imaging. Using colon carcinoma 3D cell cultures as a model system, this protocol demonstrates the ability to monitor analytes in an unbiased fashion across the 3D cell culture system with MALDI-MSI.

Immortalized cancer cell lines can be grown as 3D cell cultures, a valuable model for biological research. This protocol describes mass spectrometry imaging of 3D cell cultures, including improvements in the sample preparation platform. The goal of this protocol is to instruct users to prepare 3D cell cultures for mass spectrometry imaging analysis.

Probenvorbereitung Strategien für Massenspektrometrie Imaging von 3D-Zellkulturmodelle

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with ...

Robotic Production of Cancer Cell Spheroids with an Aqueous Two-phase System for Drug Testing

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing both mono-culture and co-culture spheroids in a high throughput 96-well plate format is described in this work. This approach utilizes an aqueous two-phase system to confine cells into a drop of the denser aqueous phase immersed within the second aqueous phase. The drop rests on the well surface and keeps cells in close proximity to form a single spheroid. This technology has been adapted to a robotic liquid handler to produce size-controlled spheroids and expedite the process of spheroid production for compound screening applications. Spheroids treated with a clinically-used drug show reduced cell viability with increase in the drug dose. The use of a standard micro-well plate for spheroid generation makes it straightforward to analyze viability of cancer cells of drug-treated spheroids with a micro-plate reader. This technology is straightforward to implement both robotically and with other liquid handling tools such as manual pipettes.

A protocol for robotic printing of cancer cell spheroids in a high throughput 96-well plate format using an aqueous two-phase system is presented.

Roboter-Produktion von Cancer Cell Sphäroide mit einer wässrigen Zwei-Phasen-System für Drug Testing

Cancer cell spheroids present a relevant in vitro model of avascular tumors for anti-cancer drug testing applications. A detailed protocol for producing ...

Photopatterning Proteins and Cells in Aqueous Environment Using TiO2 Photocatalysis

Organic contaminants adsorbed on the surface of titanium dioxide (TiO2) can be decomposed by photocatalysis under ultraviolet (UV) light. Here we describe a novel protocol employing the TiO2 photocatalysis to locally alter cell affinity of the substrate surface. For this experiment, a thin TiO2 film was sputter-coated on a glass coverslip, and the TiO2 surface was subsequently modified with an organosilane monolayer derived from octadecyltrichlorosilane (OTS), which inhibits cell adhesion. The sample was immersed in a cell culture medium, and focused UV light was irradiated to an octagonal region. When a neuronal cell line PC12 cells were plated on the sample, cells adhered only on the UV-irradiated area. We further show that this surface modification can also be performed in situ, i.e., even when cells are growing on the substrate. Proper modification of the surface required an extracellular matrix protein collagen to be present in the medium at the time of UV irradiation. The technique presented here can potentially be employed in patterning multiple cell types for constructing coculture systems or to arbitrarily manipulate cells under culture.

Photopatterning Proteins and Cells in Aqueous Environment Using TiO2 Photocatalysis

We describe a protocol for modifying cell affinity of a scaffold surface in aqueous environment. The method takes advantage of titanium dioxide photocatalysis to decompose organic film in the photo-irradiated region. We show that it can be used to create microdomains of scaffolding proteins, both ex situ and in situ.

Photostrukturierungs Proteinen und Zellen in wässriger Umgebung Mit TiO<sub&gt; 2</sub&gt; Photokatalyse

Organic contaminants adsorbed on the surface of titanium dioxide (TiO2) can be decomposed by photocatalysis under ultraviolet (UV) light. Here we describe ...

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding

The glycoprotein family of collagens represents the main structural proteins in the human body, and are key components of biomaterials used in modern tissue engineering. A technical bottleneck is the deposition of collagen in vitro, as it is notoriously slow, resulting in sub-optimal formation of connective tissue and subsequent tissue cohesion, particularly in skin models. Here, we describe a method which involves the addition of differentially-sized sucrose co-polymers to skin cultures to generate macromolecular crowding (MMC), which results in a dramatic enhancement of collagen deposition. Particularly, dermal fibroblasts deposited a significant amount of collagen I/IV/VII and fibronectin under MMC in comparison to controls.
The protocol also describes a method to decellularize crowded cell layers, exposing significant amounts of extracellular matrix (ECM) which were retained on the culture surface as evidenced by immunocytochemistry. Total matrix mass and distribution pattern was studied using interference reflection microscopy. Interestingly, fibroblasts, keratinocytes and co-cultures produced cell-derived matrices (CDM) of varying composition and morphology. CDM could be used as &#34;bio-scaffolds&#34; for secondary cell seeding, where the current use of coatings or scaffolds, typically from xenogenic animal sources, can be avoided, thus moving towards more clinically relevant applications.
In addition, this protocol describes the application of MMC during the submerged phase of a 3D-organotypic skin co-culture model which was sufficient to enhance ECM deposition in the dermo-epidermal junction (DEJ), in particular, collagen VII, the major component of anchoring fibrils. Electron microscopy confirmed the presence of anchoring fibrils in cultures developed with MMC, as compared to controls. This is significant as anchoring fibrils tether the dermis to the epidermis, hence, having a pre-formed mature DEJ may benefit skin graft recipients in terms of graft stability and overall wound healing. Furthermore, culture time was condensed from 5 weeks to 3 weeks to obtain a mature construct, when using MMC, reducing costs.

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding

We present a protocol to obtain cell-derived matrices rich in extracellular matrix proteins, using macromolecular crowders (MMC). In addition, we present a protocol which incorporates MMC in 3D organotypic skin co-culture generation, which reduces culture time while maintaining maturity of construct.

Die Verbesserung der 2D- und 3D-Haut<em&gt; In Vitro</em&gt; Modellen mithilfe von Macromolecular Crowding

The glycoprotein family of collagens represents the main structural proteins in the human body, and are key components of biomaterials used in modern ...

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI)

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (MALDESI) is an example of such methods, where features of matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) (e.g., pulsed nature of desorption) and electrospray ionization (ESI) (e.g., soft-ionization) are combined. One of the major advantages of MALDESI is its inherent versatility. In MALDESI experiments, an ultraviolet (UV) or infrared (IR) laser can be used to resonantly excite an endogenous or exogenous matrix. The choice of matrix is not analyte dependent, and depends solely on the laser wavelength used for excitation. In IR-MALDESI experiments, a thin layer of ice is deposited on the sample surface as an energy-absorbing matrix. The IR-MALDESI source geometry has been optimized using statistical design of experiments (DOE) for analysis of liquid samples as well as biological tissue specimens. Furthermore, a robust IR-MALDESI imaging source has been developed, where a tunable mid-IR laser is synchronized with a computer controlled XY translational stage and a high resolving power mass spectrometer. A custom graphical user interface (GUI) allows user selection of the repetition rate of the laser, number of shots per voxel, step-size of the sample stage, and the delay between the desorption and scan events for the source. IR-MALDESI has been used in variety of applications such as forensic analysis of fibers and dyes and MSI of biological tissue sections. Distribution of different analytes ranging from endogenous metabolites to exogenous xenobiotics within tissue sections can be measured and quantified using this technique. The protocol presented in this manuscript describes major steps necessary for IR-MALDESI MSI of whole-body tissue sections.

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization IR-MALDESI

A mass spectrometry imaging (MSI) source operated at atmospheric pressure was developed by coupling mid-infrared laser desorption and electrospray post-ionization. Exogenous ice matrix was used as the energy-absorbing matrix to facilitate resonant desorption of tissue-related material. This manuscript provides a step-by-step protocol for performing IR-MALDESI MSI of whole-body neonatal mouse.

Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry

Zusammenfassung

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