Để khảo sát khả năng tương thích của cột đối với dung môi chúng tôi tiến hành chạy máy sắc ký khí với dung môi n – hexan. Từ sắc kí đồ thu được, xét sự ảnh hưởng của dung môi.
2.3.2. Khảo sát chƣơng trình nhiệt của cột sắc ký
Khảo sát trên FAMEs chuẩn với nội chuẩn C17:
Hút chính xác 0,5mL FAMEs cho vào vial 1mL, thêm 0,2mL nội chuẩn C17 đinh mức tới vạch bằng n-hexan. Tiêm 1µL vào hệ thống GC/FID.
Theo tài liệu mà em tham khảo EN 14103, sử dung chương trình nhiệt theo tiêu chuẩn này để khảo sát dung môi và chất chuẩn.
Chương trình nhiệt EN 14103:
Injector Split injector 50:1
Nhiệt độ injector 250 oC Thể tích tiêm mẫu 1µL
Chương trình nhiệt độ của cột
Đẳng nhiệt 210oC Giữ trong 25 phút
Detector
Loại Ion hóa ngọn lửa
Nhiệt độ 250oC
Khí mang
Loại He
Tốc độ dòng 1 mL/ phút
2.3.3. Phân tích trên mẫu boidiesel với nội chuẩn C17:
Cân 0,1g mẫu biodiesel, thêm 0,2mL nội chuẩn C17 1mg/mL, định mức 1mL bằng n-hexan. Tiêm 1 µL mẫu trên vào hệ thống GC/FID với chương trình nhiệt tối ưu. Tính phần trăm của methyl ester bằng công thức (1).
Cân 0,1g mẫu biodiesel, thêm 0,2mL nội chuẩn C17 1mg/mL và thêm 0,1mL C17 đã biết trước nồng độ, định mức 1mL bằng n-hexan. Tiêm 1 µL mẫu trên vào hệ thống GC/FID với chương trình nhiệt tối ưu. Tính phần trăm của methyl ester bằng công thức (2).
So sánh kết quả thu được từ 2 công thức, chứng minh nội chuẩn C17 không phù hợp cho những mẫu biodiesel mà thành phân của nó có chứa C17. Đưa ra một chất nội chuẩn mới phù hợp.
2.3.3. Phân tích mẫu với nội chuẩn C6:
Cân 0,1g mẫu biodiesel, thêm 0,2mL nội chuẩn C6, định mức 1mL bằng n- hexan. Tiêm 1 µL mẫu trên vào hệ thống GC/FID với chương trình nhiệt tối ưu. Tính phần trăm của methyl ester bằng công thức (1).
Nhận xét chất nội chuẩn C6 có phù hợp cho phân tích biodiesel trong thành phần có chứa C17 không.
2.3.4. Định danh bằng phƣơng pháp GC/MS
Trong quá trình khảo sát chương trình nhiệt độ ở trên, chúng tôi thấy rằng khi phân tích mẫu bidiesel thì có sự không rõ ràng của các peak của FAMES. Do đó, chúng tôi quyết định dùng phương pháp GC/MS để định danh chính xác các thành phần trong biodiesel.
Để tiến hành khảo sát, chúng tôi tiến hành định danh trên mẫu biodiesel.
Cân 0.1 g mẫu biodiesel cho vào lọ thủy tinh 1 mL, thêm 0,2mL nội chuẩn C17.
Sau đó định mức 1mL bằng n-hexan. Mẫu được bơm vào hệ thống GC/MS với chương trình nhiệt như sau:
- Khí mang: He (4 mL/phút). - Nhiệt độ cột: 120o
C (2 phút), 15oC /phút – 180oC (5 phút), 1,5oC/phút – 210oC (10 phút), 2,5oC/phút – 230oC (5 phút). Tổng thời gian phân tích: 54 phút.
2.3.5. Công thức tính toán:
Phần trăm methyl ester được tính theo công thức trong tiêu chuẩn EN 14103:2003:
C(%) = (1)
Công thức 2:
Trong đó:
∑A: tổng diện tích pic FAME AIS: diện tích pic nội chuẩn. CIS: nồng độ nội chuẩn. (mg/ml) VIS: thể tích nội chuẩn (ml) m: khối lượng mẫu biodiesel AER : diện tích pic C17 thêm vào.
2.3.6. Khảo sát sai số của phƣơng pháp GC/FID khi phân tích biodiesel
Để đánh giá độ chính xác của phương pháp được sử dụng, chúng tôi tiến hành phân tích glycerin tự do và glycerin tổng trong 4 mẫu biodiesel khác nhau, mỗi mẫu phân tích lặp lại ba lần.
Với 3 lần làm thí nghiệm song song, với các giá trị đo được là y1, y2, y3 thì phương sai được tính như sau:
Khi phân tích 4 mẫu biodiesel song song, với các giá trị sai số của từng mẫu là s1, s2, s3 thì sai số tái hiện được tính như sau:
Trong đó:
s2: là phương sai sth
2
: phương sai tái hiện n: số lần thực hiện thí nghiệm f: bậc tự do (f = n – 1)
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát dung môi
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi và chất chuẩn được thể hiện ở hình 3.1 và 3.2.
Hình 3. 1. Kết quả khảo sát dung môi
Hình 3.3. Kết quả khảo sát dung môi và nội chuẩn C6:0
Nhận xét: Kết quả thu được từ sắc kí đồ cho thấy, dung môi n – hexan thích hợp cho phương pháp phân tích vì không gây ảnh hưởng khả năng tách của hỗn hợp dung dịch chuẩn.
3.2. Kết quả khảo sát chƣơng trình nhiệt độ
3.2.1. Kết quả khảo sát theo tiêu chuẩn:
Quá trình khảo sát cột INNOWax Agilent đã được tiến hành với FAMEs chuẩn và chất nội chuẩn C17. Các điều kiện khảo sát như bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thông số cài đặt trên cột INNOWax Agilent
Chương trình Thông số thiết bị
1 EN 14103 - Cột: INNOWax Agilent - Injector:250oC - Khí mang: He (1mL/phút) - Tỷ lệ chia dòng: 50:1 - Detector: 250oC - Nhiệt độ cột: đẳng nhiệt 210o C (25phút) 2 - Cột: INNOWax Agilent - Injector: 250oC
Chương trình Thông số thiết bị - Khí mang: He (4mL/phút). - Tỷ lệ chia dòng: 10:1 - Nhiệt độ cột: 120 o C (0 phút), 15 oC /phút – 180 oC (0 phút), 2 oC /phút – 230 oC (12 phút). 3 - Cột: INNOWax Agilent - Injector: 250 oC - Khí mang: He (4 mL/phút). - Tỷ lệ chia dòng: 10:1 - Nhiệt độ cột: 120o C (0 phút), 15oC/phút – 195oC (0 phút), 2oC/phút – 220oC (0 phút), 1,5 oC/phút – 230 oC (5 phút) 4 - Cột: INNOWax Agilent - Injector: 250 oC - Khí mang: He (4 mL/phút). - Tỷ lệ chia dòng: 10:1 - Nhiệt độ cột: 120o C (2 phút), 15oC/phút – 180oC (5 phút), 1,5oC/phút – 210oC (10 phút), 2,5 oC/phút – 230 oC (5 phút)
Hình 3.4. Kết quả chương trình nhiệt 1 trên hỗn hợp dung dịch chuẩn
Hình 3.6. Kết quả chương trình nhiệt 3 trên dung dịch chuẩn
Hình 3.7. Kết quả chương trình nhiệt 4 trên mẫu biodiesel
Nhận xét: Từ sắc ký đồ hình 3.4 và 3.5, chúng tôi thấy sử dụng chương trình nhiệt 1 theo EN 14103 các peak của dung dịch chuẩn chưa ra hết, tín hiệu peak nhỏ. Vì vậy, chúng tôi tiến hành khảo sát thêm chương trình nhiệt độ 2, 3. Chương trình nhiệt 3 khác tốt, nhưng khi áp dụng cho mẫu biodiesel thì các peak tách không tốt, đường nền xấu. Chúng tôi tiếp tục khảo sát chương trình nhiệt 4 trên mẫu, các peak tách khá tốt, đường nền đẹp hơn.
Vì thế, chúng tôi chọn chương trình nhiệt 4 để khảo sát.
3.2.2. Kết quả định danh bằng phƣơng pháp GC/MS
Sử dụng chương trình nhiệt 4 cho định tính mẫu biodiesel bằng GC/MS. Kết quả khảo sát trên mẫu biodiesel được thể hiện bảng 3.2.
Bảng 3.2. Kết quả phân tích mẫu biodiesel bằng GC/MS
Thời gian
lưu (phút) Danh pháp Công thức phân tử Độ tin cậy
3,289 Decanoic acid, methyl ester C11H22O2 95,8%
5,268 Dodecanoic acid, methyl ester C13H26O2 98,5%
7,177 Methyl tetradecanoate C15H30O2 97,5%
8,307 Pentadecanoic acid, methyl ester C16H32O2 97,7% 9,827 Hexadecanoic acid, methyl ester C17H34O2 94,7%
10,322 9-Hexadecenoic acid, methyl ester C17H32O2 98,7% 11,842 Heptadecanoic acid, methyl ester C18H36O2 97,7%
14,563 Octadecanoic acid, methyl ester C19H38O2 98,9%
15,199 9-Octadecenoic acid, methyl ester C19H36O2 99,8%
16,578 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z)-, methyl ester C19H34O2 99,1% 17,567 6,9,12-Octadecatrienoic acid, methyl ester C19H34O2 97,4% 18,733 11,14,17-Eicosatrienoic acid, methyl ester C21H36O2 97,2%
Thời gian lưu (phút) Danh pháp Công thức phân tử Độ tin cậy
21,808 11-Eicosenoic acid, methyl ester C21H40O2 98,2%
22,939 6,11-Eicosadienoic acid, methyl
ester C21H40O2 96,7%
24,777 5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid,
methyl ester C21H40O2 94,3%
25,625 5,8,11,14,17-Eicosapentaenoic
acid, methyl ester C21H40O2 92,7%
28,912 Heneicosanoic acid, methyl ester C22H44O2 93,4%
32,164 Docosanoic acid, methyl ester C23H46O2 90,8%
34,249 13-Docosenoic acid, methyl ester C23H44O2 91,4%
39,585 6,9,12,15-Docosatetraenoic acid,
methyl ester C23H44O2 89,9%
45,665 Tetracosanoic acid, methyl ester C25H50O2 89,7%
Nhận xét: Từ bảng 3.2, chúng tôi thu được 21 peak của các methyl ester, gần như là đầy đủ peak của mẫu biodiesel so với kết quả phân tích thành phần acid béo trong mỡ cá nguyên liệu mà chúng tôi gửi đi phân tích ở trung tâm CASE.
Do đó chúng tôi quyết định chọn chương trình nhiệt 4 là chương trình nhiệt tối ưu cho phương pháp GC/FID.
Dưới đây là sắc ký đồ của mẫu biodiesel với nội chuẩn C17 bằng phương pháp GC/MS.
Hình 3. 8. Kết quả phân tích mẫu biodiesel chương trình nhiệt độ 4 bằng GC/MS 5 . 0 0 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 1 e + 0 7 2 e + 0 7 3 e + 0 7 4 e + 0 7 5 e + 0 7 6 e + 0 7 7 e + 0 7 8 e + 0 7 9 e + 0 7 1 e + 0 8 1 . 1 e + 0 8 1 . 2 e + 0 8 1 . 3 e + 0 8 1 . 4 e + 0 8 1 . 5 e + 0 8 1 . 6 e + 0 8 1 . 7 e + 0 8 1 . 8 e + 0 8 T i m e - - > A b u n d a n c e T I C : M A U B I O D I E S E L T H A N H I S 1 7 . D \ d a t a . m s 5 . 2 7 5 7 . 2 0 6 9 . 8 8 3 1 0 . 3 2 0 1 1 . 8 4 8 1 4 . 5 7 5 1 5 . 2 8 8 1 6 . 6 1 3 1 7 . 5 7 91 8 . 7 4 0 2 1 . 8 1 6 2 3 . 7 9 52 4 . 7 6 12 5 . 6 5 7 3 9 . 5 2 7 4 5 . 6 7 1
3.2.3. Kết quả phân tích biodiesel sử dụng nội chuẩn C17 bằng GC/FID:
Mẫu 1 chuẩn bị như sau: 0,1g biodiesel thêm 0,2mL IS C17 định mức tới vạch 1mL.
Mỗi mẫu tiêm 3 lần, mỗi lần 1µL vào hệ thống GC/FID. Sử dụng chương trình nhiệt độ 4
Bảng dưới đây là kết quả phần trăm methyl ester tính theo công thức 1.
Bảng 3. 3. Kết quả C% methyl ester theo công thức 1.
Thứ tự Lần 1 Lần 2 Lần 3
∑A 215023,7115 211970,4514 211358,8952
AIS 101,346 101,346 101,346
VIS (mL) 0,2 0,2 0,2
CIS (mg/mL) 0,2168 0,2168 0,2168
Khối lượng mẫu (mg) 101,5 101,5 101,5
C% 90,59374871 89,30674316 89,04896092
Trung bình 89,6498 ± 2,0545
Mẫu 2 chuẩn bị như sau: 0,1g biodiesel thêm 0,2mL IS C17 và 0,1mL dung dịch C17 đã biết trước nồng độ, định mức tới vạch 1mL bằng n-hexan.
Mỗi mẫu tiêm 3 lần, mỗi lần 1µL vào hệ thống GC/FID.
Bảng dưới đây là kết quả phần trăm methyl ester tính theo công thức 2.
Bảng 3. 4. Kết quả C% methyl ester theo công thức 2
Thứ tự Lần 1 Lần 2 Lần 3
∑A 161.082,2975 159.988,3489 159.561,1721
AIS 101,346 101,346 101,346
VIS (mL) 0,2 0,2 0,2
CIS (mg/mL) 0,2168 0,2168 0,2168
Khối lượng mẫu (mg) 100,8 100,8 100,8
Diện tích pic C17 thêm vào 26,285 26,285 26,285
C% 92,26984507 91,64292625 91,39812023
Trung bình 91,7703 ± 1,1162
Nhận xét: cùng một mẫu biodiesel nhưng phần trăm methyl ester thu được tính theo 2 công thức lại khác xa nhau, về mặt lý thuyết hai kết quả trên phải tương đương nhau.
Lý do sai lệch là vì công thức 1 tính theo tiêu chuẩn EN-14103:2003, tiêu chuẩn này áp dụng cho các biodiesel từ thực vật, trong thành phần không có C17, nhưng đối tượng mẫu chúng tôi đang phân tích là biodiesel được sản xuất từ mỡ cá da trơn, trong thành phần của chúng có chứa C17, nên nếu sử dụng C17:0 làm chất nội chuẩn trong trường hợp này sẽ làm cho kết quả phân tích định lượng bị sai một cách đáng kể.
Vì vậy, chúng tôi đề xuất nghiên cứu một số nội chuẩn mới trong phân tích biodiesel có nguồn gốc mỡ động vật như C6:0, C11:0.
Nên chọn những chất không có trong thành phần của biodiesel để làm chất nội chuẩn.
3.2.4. Kết quả phân tích biodiesel sử dụng nội chuẩn C6:0 bằng phƣơng pháp GC/FID:
Mẫu được chuẩn bị như sau: 01g mẫu thêm 0,2mL nội chuẩn C6 định mức 1mL bằng n-hexan
Tiêm 3 lần mẫu, mỗi lần tiêm 1µL vào GC/FID.
Khảo sát chương trình nhiệt độ 4 có tách tốt hay không.
Bảng dưới đây là kết quả tính phần trăm methyl ester theo công thức 1:
Bảng 3.5. Kết quả C% methyl ester tinh theo công thức 1
Thứ tự Lần 1 Lần 2 Lần 3
∑A 322563,9675 323361,1654 318243,3476
AIS 1407,32 1426,31 1391,15
VIS (mL) 0,2 0,2 0,2
CIS (mg/mL) 2,096 2,096 2,096
Khối lượng mẫu (mg) 103,3 103,3 103,3
C% 92,60725411 91,59568713 92,42803403
Trung bình 92,2103 ± 1,3401
Nhận xét: hình 3.11, 3.12, 3.13 chúng tôi thấy việc sử dụng nội chuẩn C6 trong phân tích biodiesel cho kết quả tương đối chính xác, chương trình nhiệt 4 vẫn phù hợp cho trường hợp này, các peak tách rõ rang, đường nền đẹp.
Chúng tôi kết luận có thể thay thế nội chuẩn C17 bằng nội chuẩn C6 trong trường hợp biodiesel có nguồn gốc từ mỡ đông vật.
3.3. Kết quả khảo sát sai số phƣơng pháp GC/FID khi phân tích biodiesel
Để khảo sát sai số của phương pháp, chúng tôi tiến hành phân tích thành phần methyl ester trong 3 mẫu khác nhau. Kết quả khảo sát sai số của phương pháp được thể hiện như bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát sai số phương pháp của glycerin
Tên mẫu Methyl ester f s2 fs2 Lần 1 Lần 2 Lần 3 M1 92,57841887 91,59568713 92,42803403 2 0,28 0,56 M2 90,04886458 91,12624646 91,297402 2 0,46 0,92 M3 90,2153208 91,767904 90,283758 2 0,77 1,54 Tổng 6 3,02
Phương sai tái hiện 0,503
Nhận xét:
Kết quả khảo sát sai số của phương pháp được thể hiện ở bảng 3.6 cho độ lệch chuẩn tương đối thấp, chứng tỏ phương pháp có sai số nhỏ. Nên phương pháp GC/FID sử dụng cột INNOWax Agilent có thể định lượng methyl ester trong biodiesel chế biến từ mỡ cá tra.
KẾT LUẬN
Sau thời gian thu thập tài liệu và làm thực nghiệm “Nghiên cứu ảnh hưởng của chất nội chuẩn khác nhau trong xác định methyl este trong biodiesel bằng phương pháp sắc ký khí đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC/FID)” chúng tôi đạt được những kết quả sau:
Đã tìm hiểu được cơ bản nguyên tắc hoạt động, cấu tạo cũng như cách vận hành hệ thống GC/FID, GC/MS. Từ đó có thể sử dụng tốt thiết bị để phân tích các methyl ester trong biodiesel.
Đưa ra được các thông tin cơ bản về biodiesel và các thành phần trong biodiesel, nguyên liệu sản xuất biodiesel và các phương pháp phân tích methyl ester trong biodiesel trên thế giới và ở nước ta trong thời gian gần đây.
Khảo sát được chương trình nhiệt từ đó đưa ra được chương trình nhiệt thích hợp cho việc xác định methyl ester trong mẫu biodiesel.
Định danh thành phần các chất trong biodiesel bằng phương pháp GC/MS. Kết quả phân tích mẫu biodiesel xác định sai số của phương pháp cho thấy
quy trình có thể ứng dụng để phân tích xác định methyl ester trong mẫu biodiesel
KIẾN NGHỊ
Từ những kết quả nghiên cứu và khảo sát trên, chúng tôi xin đưa ra 1 số hướng phát triển mới của đề tài:
Tối ưu hóa và so sánh quy trình xác định thành phần methyl ester trong biodiesel có nguồn gốc từ mỡ động vật bằng phương pháp GC/FID với những nội chuẩn khác.
Tối ưu hóa và so sánh quy trình xác định thành phần methyl ester trong biodiesel bằng phương pháp GC/MS.
Nghiên cứu xác định thành phần methyl ester trong biodiesel trên các loại biodiesel được điều chế từ các nguồn nguyên liệu khác như đậu nành, dầu cải, dầu phế thải...
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Phạm Hùng Việt, Sắc ký khí – Cơ sở lý thuyết và khả năng ứng dụng, NXB ĐH Quốc Gia HN.
[2] Lê Thị Thanh Hương, Nghiên cứu tổng hợp biodiesel bằng phản ứng ancol
phân mỡ cá tra và basa nuôi ở các tỉnh ĐBSCL trên xúc tác acid, base, Luận
án tiến sĩ Kỹ thuật, ĐH Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh (2011).
[3] Hội Đo Lường Việt Nam, Sắc ký khí (gas chromatography), Hà Nội (2005).
[4] Nguyễn Hồng Thanh, Điều chế nhiên liệu diesel sinh học từ mỡ cá basa bằng
phương pháp hóa siêu âm, Luận văn thạc sĩ.
Tiếng Anh
[5] BS EN – 14103:2003, Fat and oil derivatives. Fatty acid methyl esters
(FAME). Determination of ester and linolenic acid methyl ester contents.
[6] Agilent technologies, Determination of total FAME and linolenic acid methyl
ester in biodiesel according to EN - 14103.
[7] Timothyl Ruppel, Timon Huybrigh, PerkinElmer, Inc. Shelton, CT USA, Fatty acid methyl ester in B100 biodiesel by gá chromatography ( modified EN 14103).
[8] Sigurd Schober, Ingrid Seidl, Martin Mittelbach, Ester content evaluation in