Analysis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Petroleum Vacuum Residues by Multiple Heart-Cutting LC Using the Agilent 1290 Infinity 2D-LC Solution

Význam tématu

Analýza polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) v těžkých ropných frakcích je zásadní pro kontrolu karcinogenních látek a dodržování ekologických norem. Komplexní složení vzorků z vakuové destilace vyžaduje robustní metodiku schopnou oddělit PAU od nasycených uhlovodíků, navíc při nízkých koncentracích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a ověřit dvourozměrnou kapalinovou chromatografií 2D-LC s technikou multiple heart-cutting (MHC) pro selektivní a kvantitativní stanovení 16 cílených PAU v ropných vakuových zbytcích. Metoda kombinuje normal-fázovou separaci v první dimenzi a reverzní fázi ve druhé dimenzi.

Použitá metodika a instrumentace

• První dimenze: aminopropylová kolona Agilent Polaris 3 NH2 (2,0×150 mm, 3 µm), mobilní fáze heptan, tok 120 µL/min, teplota 30 °C, detekce DAD při 254 nm.
• Multiple Heart-Cutting: odchytné smyčky (40 µL) na šesti­polohovém ventilu, čtyři frakce o šířce 0,33 min.
• Druhá dimenze: RPLC na koloně Agilent ZORBAX Eclipse Plus PAH (4,6×100 mm, 3,5 µm), gradient vody a acetonitrilu, tok 0,3 mL/min, teplota 30 °C, detekce FLD s optimalizovanými vlnovými délkami.
• Zpětné proplachování první dimenze k odfiltrování silně polárních komponent.
• Software: Agilent OpenLAB CDS ChemStation s modulem pro 2D-LC.

Hlavní výsledky a diskuse

• První dimenze umožnila oddělit aromatické frakce od nasycených uhlovodíků. Cílené PAU byly rozděleny do šesti skupin podle počtu aromatických kruhů.
• Přenos čtyř frakcí do druhé dimenze vedl k vysoké selektivitě a rozlišení cílených PAU od spolupřítomných alkylovaných derivátů.
• Všechny cílové sloučeniny vykázaly linearitu kalibrace s R2>0,9999 při koncentracích 0,05–1 ppm.
• Opakovatelnost pěti po sobě jdoucích injekcí 1 ppm standardu vykázala RSD<2 %.
• Metoda umožnila spolehlivou kvantifikaci 16 PAU ve vzorku vakuových zbytků v rozsahu 0,012–0,272 ppm.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatizovaná multidimenzionální analýza s minimem zásahů operátora.
• Efektivní čištění vzorku a selektivní koncentrace PAU z komplikované matrice.
• Možné rozšíření na další environmentální a petrochemické aplikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace pokročilých detektorů a hromadných datových analýz pro rozšíření spektra sledovaných látek.
• Zkrácení doby analýzy a zvyšování průtoků vzorků pro vysokokapacitní laboratoře.
• Rozvoj online kombinací s dalšími předúpravami (SPE, pyrolyze) pro komplexnější profilaci vzorků.
• Implementace strojového učení pro automatickou interpretaci 2D chromatogramů.

Závěr

Metoda Agilent 1290 Infinity 2D-LC s multiple heart-cutting nabízí vysoce selektivní a kvantitativní stanovení PAU v komplexních ropných frakcích. Výsledky ukazují vynikající linearitu, reprodukovatelnost a schopnost potlačit rušivé složky matrice, což přispívá k rychlému a spolehlivému monitoringu karcinogenních aromatických látek.

Reference

1. Gilgenast E. et al. Anal. Bioanal. Chem. 2011, 401, 1059–1069.
2. IP346 Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in unused lubricating base oils and asphaltene free petroleum fractions, 1992.
3. European Committee for Standardization EN16143 Petroleum products – Determination of content of benzo(a)pyrene and selected PAH in extender oils using double LC cleaning and GC/MS analysis, 2013.
4. Saravanabhavan G. et al. J. Chromatogr. A 2007, 1156, 124–133.
5. Von Mühlen C., Zini C.A., Caramão E.B., Marriott P.J. J. Chromatogr. A 2006, 1105, 39–50.
6. Boursier L. et al. J. Chromatogr. A 2013, 1280, 98–103.
7. Loeser E., Babiak S., Drumm P. J. Chromatogr. A 2009, 1216, 3409–3412.