生物质液体燃料研究测试解决方案（下）-典型应用

生物质能源（Biomass energy），是指直接或间接通过植物的光合作用，将太阳能以化学能的形式贮存在生物质体内的一种能量形式，能够作为能源而被利用的生物质能则统称为生物质能源。其具有可再生性、碳中性、能源多样化、废物管理、经济与就业促进、能源安全等多方面优势。生物质能源在可持续发展和能源转型中具有重要潜力，是目前一个重要的科研热点。

生物质液体燃料研究中，岛津气相色谱质谱仪、有机酸分析系统、高效液相色谱仪、TOC等色谱、光谱产品可对催化/发酵产物、产品杂质等提供相关检测方案。

典型应用一

生物质研究中葡萄糖催化反应产物的气相色谱-质谱分析

在将生物质资源转化为能源或化工原料时，提高转化率并分析反应过程至关重要。在木质生物质的利用中，占材料约60%至70%的纤维素可以转化为葡萄糖，本应用通过向葡萄糖水溶液中加入固体酸催化剂，加热溶液，然后使用GC-MS直接分析所得反应溶液，结果表明催化产物中有羟基甲基糠醛、乳酸和其他低级有机酸化合物。

图1显示了葡萄糖如何通过固体酸催化剂转化为羟甲基糠醛。

图1 葡萄糖的催化反应

图2 反应溶液的总离子流色谱图

图3 峰9、峰10质谱图（上部：峰9和10的质谱；下部：库搜索结果）

将固体酸催化剂加入葡萄糖水溶液中，加热溶液，然后将所得反应溶液直接注入GC-MS进行分析，根据NIST文库的相似性搜索结果推测化合物，除了主要反应产物5-羟甲基糠醛（峰10）外，还有甲酸、乙酸、乳酸等低级有机酸化合物。

GCMS-QP2050

典型应用二

生物质发酵过程和酵母培养过程中的有机酸监测

生物质乙醇制备中，纤维物质发酵过程中产生的乙酸等有机酸会抑制发酵，从而对过程中形成的乙醇产量产生巨大影响。因此，监测发酵过程中有机酸的行为对于控制乙醇产量至关重要。

本文采用Nexera有机酸分析系统监测了生物质发酵样品和酵母培养液中有机酸浓度的时变情况。

图4 9种有机酸混合标准品分析色谱图（1000mg/L）

(上图：全色谱图，下图：放大图)

图5 实际生物质糖化液发酵样品的色谱图

实验结果表明，随着发酵时间的延长，乙酸浓度降低，而甲酸和乳酸的浓度略有增加。尽管乳酸和甲酸通常易与污染物重叠，但得益于Fast-OA柱的高分辨率和pH缓冲-电导检测方法的高选择性，这些有机酸随时间发生的微小变化仍可被观察到。

有机酸分析系统

典型应用三

通过总有机碳（TOC）和热重分析（TG）对微藻生物质进行分析

微藻可用于生产油，而不会与粮食生产竞争，与其他生物燃料相比，微藻的单位时间和单位面积生产率更高，且栽培地点选择多样。微藻的生长行为因栽培条件而异，因此有必要了解其有机碳和无机碳含量的变化。总有机碳（TOC）分析仪可用于分析样品中的含碳量。此外，如果使用固体样品燃烧装置，可以直接分析湿态微藻。使用固体燃烧装置结合热重分析（TG）可以轻松评估干燥微藻中的碳含量。本应用介绍了三种微藻的分析结果。

本实验使用三种微藻，分别是附着型甲藻埃米利奥尼藻（Emiliania huxleyi）NIES-837（藻类A）、附着型等鞭金藻（Tisochrysis lutea）（藻类B）和绿小球藻（Chlorella vulgaris）（藻类C）。

图6 含有悬浮微藻的培养液（从左至右分别为A、B和C）

图7 颗粒重量与TC的相关性图

实验结果显示，表面TC与颗粒重量的关系呈现出良好的线性关系。基于这一结果，我们发现通过离心分离回收的颗粒细胞中的碳含量是均匀的，且不会因取样而出现碳含量偏差。这种相关性结果表明，在对不同重量的颗粒进行取样时，可以计算出正确的TC值。

DTG-60型同步热重/差热分析仪是一种通过因脱水、升华、蒸发、分解、燃烧以及加热过程中发生的其他反应所引起的重量变化来分析样品材料热特性的仪器。

图8使用DTG-60测量的藻类A数据

从实验数据可以看出，在200°C以下，重量显著减少，这是因水分流失所致。随后，在中温区和高温区也观察到轻微的重量减少，可能反映了由相应藻类干细胞本身中保留的结构和成分引起的挥发、降解和燃烧。

表1 藻类A至C的含水量

图9 干培养细胞重量与总碳（TC）的相关图

采用TOC固体燃烧装置和热重分析仪结合的新方法，可以通过离心分离含有悬浮微藻的溶液来回收颗粒，通过直接测量这些颗粒来获取总碳（TC）信息，然后根据热重分析仪测得的水分含量简单计算出干培养细胞的TC。与干重法相比，这种方法快速简便，且非常有效。

TOC-L CSH + SSM-5000A固体样品测定装置

典型应用四

使用单柱通过LC-RID测定喷气燃料中的芳烃

应用采用岛津LC，测定沸点在50℃至300℃范围内的航空燃料和中间馏分油中的单芳烃和二芳烃含量。准确测定燃料的芳烃含量对于评估其质量和燃烧特性至关重要。

图10 环己烷、邻二甲苯、1-甲基萘标准品色谱图

图11庚烷10倍稀释的实际燃油样品色谱图

实验结果表明，该方法对三个组分可进行有效分离测定。环己烷是样品中饱和化合物的替代品，在3.46分钟洗脱，而邻二甲苯（MAH的替代品）在4.86分钟洗脱。最后，作为二芳烃（DAHs）的替代品，1-甲基萘在6.08分钟洗脱，且环己烷和邻二甲苯的分辨率为7.1，实验结果也超出ASTM和IP标准的5和5.7的要求。

LC-40