Carbohydrate Determination of Biofuel Samples

Význam tématu

Stanovení sacharidů v biopalivech je klíčové pro optimalizaci výtěžnosti a kontroly procesů předúpravy a fermentace. Biomasa obsahuje vysoké koncentrace mono- a disacharidů, jejichž rychlá a přesná analýza umožňuje zkrátit dobu testování, minimalizovat chyby plynoucí z nadměrného ředění a podpořit vysokopropustné screeningové studie.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na vývoj rychlé, robustní a kvantitativní metody HPAE-PAD pro stanovení sacharidů v biomase s vysokou koncentrací cukrů. Hlavními inovacemi bylo snížení objemu vzorku z 10 na 0,4 µL a zvýšení tloušťky elektrochemického gasketu ze 15 na 62 mil, což umožňuje přímé ředění vzorků s minimálním dopadem na citlivost analýzy.

Použitá instrumentace

• Ionový chromatograf Thermo Scientific Dionex ICS-5000+ HPIC
• Dionex CarboPac SA10 kolona (guard 4×50 mm, analytická 4×250 mm)
• Elektrolytické generátory eluenta KOH (EGC III) a kolona CR-ATC
• High-Pressure Injekční ventil s interním smyčkou 0,4 µL
• Amperometrický detektor s jednorázovou zlatou elektrodou PTFE a referenční elektrodou pH Ag/AgCl
• Chromeleon CDS software a Dionex AS-AP autosampler

Použitá metodika

Metoda využívá HPAE-PAD s on-line generovaným 1 mM KOH eluenterem, průtokem 1,5 mL/min, teplotou kolony 40 °C, injekčním objemem 0,4 µL a teplotou elektrochemické cely 30 °C. Vzorky acid-hydrolyzovaných kukuřičných stvolů a dřevních hydrolyzátů se centrifugují, ředí 1:10 až 1:50, filtrují a analyzují. Standardy sacharidů se připravují gravimetricky v rozmezí 0,1–3 g/L.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosahuje separace devíti sacharidů (fukóza, sukrosa, arabinóza, galaktóza, glukóza, xyloza, manóza, fruktóza, celobióza) do 9 min. Linearita v rozsahu 0,1–3 g/L s koeficienty determinace 0,984–0,999. Retenční časy RSD <0,2 %, přesnosti ploch 1,0–2,7 %. Robustnost potvrzena 315 injekcemi, s obnovením retenční doby po mycím kroku 100 mM KOH. Silnější gasket (62 mil) snížil detekční signál na 43–84 %, čímž umožnil analýzu vzorků po 10× ředění.

Přínosy a praktické využití metody

Rychlá analýza (<9 min), nízký objem vzorku, omezení chyb z ředění, vysoká reprodukovatelnost a robustnost vhodná pro optimalizaci výroby biopaliv, online monitoring fermentačních procesů a vysokopropustné screeningy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace metody do řídicích systémů biopalivových provozů pro kontinuální monitoring, vývoj pokročilých elektrod s delší životností, další miniaturizace a rozšíření na stanovení dalších biomolekul včetně oligosacharidů či derivátů.

Závěr

Úpravy HPAE-PAD s menším objemem injekce a silnějším gasketem poskytují rychlou, přesnou a robustní metodu pro stanovení sacharidů ve vysoce koncentrovaných biomassových vzorcích bez nutnosti rozsáhlého ředění.

Reference

• Biofuel Production Technologies: Status, Prospects and Implications for Trade and Development; United Nations Conference on Trade and Development; 2008.
• Demirbas A. Biofuels: Securing the Planet’s Future Energy Needs. Springer; 2008.
• Sluiter A, Hames B, Ruiz R, Scarlata C, Sluiter J, Templeton D. Determination of Sugars, Byproducts, and Degradation Products in Liquid Fraction Process Samples; NREL/TP-510-42623; 2008.
• Thermo Scientific Application Note 282: Rapid and Sensitive Determination of Biofuel Sugars by Ion Chromatography; 2012.
• Thermo Scientific Technical Note 71: Eluent Preparation for High-Performance Anion-Exchange Chromatography with Pulsed Amperometric Detection; 2013.