Name: determination of carbonyl functional groups in bio-oils by potentiometric titration: the faix method
Uploaded: 2017-02-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי משרד האנרגיה האמריקני תחת חוזה מס &#39;DE-AC36-08GO28308 עם המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת. במימון משרד האנרגיה האמריקאי משרד התייעלות אנרגטית ואנרגיה מתחדשת ביואנרגיה טכנולוגיות Office. ממשלת ארה&quot;ב שומרת המו&quot;ל, על ידי קבלת המאמר לפרסום, מודה כי ממשלת ארה&quot;ב שומרת רישיון לא בלעדי, ונפרע, בלתי הפיך לפרסם או לשכפל את הטופס שפורסם על עבודה זו, או לאפשר לאחרים לעשות זאת, למטרות ממשלת ארה&quot;ב.

זהירות: נא לבדוק את כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני תחילת. אתנול הוא דליק. כל נהלי הטיפול הכימיים שצריכים להיות אחריו, כמו גם את כל הפסולת החלימה נהלים הפנויים וטיפול. 1. פתרונות מגיבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את הפתרון hydrochloride hydroxylamine (פתרון א): להוסיף 7.7 גרם של hydrochloride hydroxylamine ו -50 מ&quot;ל מים ללא יונים בבקבוק נפח 250 מ&quot;ל. כאשר כל המוצקים יש מומס, לדלל לציון עם אתנול. התוצאה היא פתרון הידרוכלוריד 0.55 M hydroxylamine ב 80% (V / V) אתנול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את הפתרון triethanolamine (פתרון B): להוסיף 17.4 מ&quot;ל של triethanolamine בבקבוק נפח מ&quot;ל 250. הוסף 10 מ&quot;ל של מים, ולאחר מכן לדלל עומד על הגובה עם אתנול. אתנול 95% יכול לשמש גם אם תוספת של מים הוא דילג. התוצאה היא פתרון 0.48 M triethanolamine ב 96% (V / V) אתנול </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את חומצה הידרוכלוריתפִּתָרוֹן. כך או לרכוש 0.1 N פתרון או להכין באמצעות 10 מ&quot;ל מרוכז HCl ומים L 1. </li></ol> 2. דגימה ביו-שמן וטיפול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא המדגם שמן הוא בטמפרטורת החדר לפני נסיגה מדגם. ביסודיות homogenize (תערובת ידי ניעור בחוזקה במשך לפחות דקה 1, ובדוק את המדגם כדי להבטיח שהוא הומוגנית. חלק שמני ביו עשויים לדרוש יותר פעמים רועדות) ביו-שמן כדי להשיג מדגם מייצג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדגם ביו-שמן, השתמש 100 עד 150 מ&quot;ג של שמן ביו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מזעור חשיפה לחמצן חום כדי למנוע מדגם שפל לפני הניתוח. </li></ol> 3. נוהל אנליטית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקינה של פתרון המאגר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי Na 2 CO 3 סטנדרט ראשוני בתנור על 105 מעלות צלזיוס למשך הלילה כדי להבטיח מדגם יבש. אפשר Na 2 CO 3 להתקרר לטמפרטורת החדר לפני השקילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 100 עד 150 מ&quot;גשל סודיום קרבונט לכלי טיטרציה, להקליט את המשקל בפועל, להוסיף סרגל מערבבים ומוסיפים מספיק מים כדי לכסות את הנורה וצומת אלקטרודת pH. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום. נקודת הסיום מוגדר נקודת הפיתול על עקומת טיטרציה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על התהליך פעמיים כדי להשיג שלוש נקודות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש הממוצע כמתח נורמליות של פתרון החומצה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה ריקה טיטרציה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמורת כרטיס: להוסיף sulfoxide דימתיל 0.5 מ&quot;ל (DMSO) כדי בקבוקון 5 מ&quot;ל עם שבשבת ספין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 2 פתרון hydrochloride hydroxylamine מ&quot;ל (פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ&quot;ל (ב פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חום שווי בחוזקה, מקום שחומם מראש (80 ° C)בלוק אה או באמבט מים ומערבבים במשך 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכייל עם פתרון חומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה, ואת נקודת סיום שיא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבלת בלנק B: אם חומצה מינרלית חשוד להיות נוכח המדגם, להוסיף 0.5 מ&quot;ל DMSO 5 מ&quot;ל בקבוקון עם שבשבת ספין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ&quot;ל (ב פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שווי בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שלוש פעמים יש לחזור על התהליך כדי להשיג שלוש נקודות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אימות של שיטת שימוש קרבוניל ידוע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול ~ 100 מ&quot;ג של 4- (benzyloxy) benzaldehyde (4-BBA) כדי בקבוקון 5 מ&quot;ל, להקליט את המשקל בפועל, להוסיף שבשבת ספין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 0.5 מ&quot;ל DMSO. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לְהִתְמוֹסֵסהמדגם בתמיסה hydrochloride hydroxylamine 2 מ&quot;ל (פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ&quot;ל (ב פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את המכסה בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על התהליך שלוש פעמים, כדי להשיג שלוש נקודות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח של שמן ביו שימוש בשיטה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול קרוב ל -100 מ&quot;ג של שמן ביו 5 הבקבוקון מ&quot;ל, להקליט את המשקל בפועל ולהוסיף שבשבת ספין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 0.5 מ&quot;ל DMSO. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממס את הדגימה בתמיסת hydrochloride hydroxylamine 2 מיליליטר (פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ&quot;ל (ב פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את המכסה בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ה העברהמדגם E לכלי טיטרציה, שטיפת בקבוקון תגובה מספר פעמים בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על התהליך שלוש פעמים, כדי להשיג שלוש נקודות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> C בלנק: אם חומצה מינרלית חשוד להיות נוכח המדגם, שוקל קרוב ל -100 מ&quot;ג של ביו-שמן לתוך בקבוקון 5 מ&quot;ל, להקליט את משקל ולהוסיף שבשבת ספין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 0.5 מ&quot;ל DMSO. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 2 פתרון triethanolamine מ&quot;ל (ב פתרון). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שווי בחוזקה ומערבבים על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את המדגם לכלי טיטרציה, שטיפת מספר פעמי בקבוקון תגובה בנפרד עם אתנול ומים בפרופורציות לעשות פתרון 80% סופי של אתנול / מים. לכייל עם פתרון החומצה באמצעות Titrator אוטומטי לנקודת הקצה. רשום את נקודת הסיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שלוש פעמים יש לחזור על התהליך כדי להשיג שלוש נקודות. </li></ol></li></ol> 4. חישובים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקינה של פתרון המאגר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את הריכוז של תמיסת חומצה (mol / L) באמצעות המשוואה הבאה. משקלו של סודיום קרבונט יבש בגרמים הוא w 1, טוהר כתוב כשבר (כלומר, 99% הוא 0.99), ואת נקודת הסיום נמצאת מ&quot;ל. <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq1.jpg" /></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אימות של שיטת שימוש קרבוניל ידוע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את הריכוז של 4BBA (mol / L) במדגם באמצעות המשוואה הבאה. משקלו של ה- 4BBA בגרמים הוא w 2, טוהר 4BBA כתוב כשבר (כלומר, 99% הוא 0.99), את הריכוז של תמיסת חומצה (mol / L) הוא [חומצה], את triethanolamine / hydroxylamine • HCl נקודת הסיום ריק הוא EP ראשון (הערך הממוצע של שלושה כדורי סרק, ב מ&quot;ל), ואת נקודת הסיום היא EP (ב מ&quot;ל). &lt;br /&gt; <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq2.jpg" /></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח של ביו-שמן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את הריכוז של קרבונילים ביו-שמנים [CO] (mmol / g-ביו שמן) באמצעות המשוואה הבאה. משקלו של ביו שמן בגרמים הוא w 3, ריכוז של פתרון חומצה (mol / L) הוא [חומצה], את triethanolamine / hydroxylamine • נקודות קצה ריק HCl הוא EP ראשון (הערך הממוצע של שלושה כדורי סרק מ&quot;ל) , ואת נקודת הסיום היא EP (ב מ&quot;ל). <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq3.jpg" /></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תיקון חומצה הערה: הנוכחות של חומצות מינרליים או חומצות אורגניות עם pKa &lt;2 יכולה לגרום ערכים קרבוניל נמוכים באופן מלאכותי בשל התגובה של החומצה עם triethanolamine. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם זה על פי החשד, לבצע את החסר כמפורט בסעיפים 3.2.6 ו 3.4.8. המשקל של שמן ביו במדגם בגרמים הואw 3, EP הוא נקודת הסיום של המדגם ו- EP ראשון הוא ריק triethanolamine / hydroxylamine. EP BB הוא נקודת הסיום של B בלנק, EP לפנה&quot;ס הוא נקודת הסיום של C בלנק משקל (גרם) של שמן משומש ב- C בלנק הוא w לפנה&quot;ס: <img alt="משוואה 4" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq4.jpg" /> לקבלת דוגמיות ביו-שמן המכילים חומצה אצטית בעיקר, זהו צעד מיותר. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Oasmaa, A., Kuoppala, E., Solantausta, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+pyrolysis+of+forestry+residue.+2.+physicochemical+composition+of+product+liquid.">Fast pyrolysis of forestry residue. 2. physicochemical composition of product liquid.</a> Energy Fuels. 17 (2), 433-443 (2003).</li><li>Olarte, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stabilization+of+Softwood-Derived+Pyrolysis+Oils+for+Continuous+Bio-oil+Hydroprocessing.">Stabilization of Softwood-Derived Pyrolysis Oils for Continuous Bio-oil Hydroprocessing.</a> Top. Catal. 59 (1), 55-64 (2016).</li><li>Nicolaides, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The chemical characterization of pyrolytic oils. , (1984).</li><li>Oasmaa, A., Korhonen, J., Kuoppala, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+approach+for+stability+measurement+of+wood-based+fast+pyrolysis+bio-oils.">An approach for stability measurement of wood-based fast pyrolysis bio-oils.</a> Energy Fuels. 25 (7), 3307-3313 (2011).</li><li>Chen, C. L., Lin, S. Y., Dence, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Methods in Lignin Chemistry. , 446-457 (1992).</li><li>Scholze, B., Hanser, C., Meier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+water-insoluble+fraction+from+fast+pyrolysis+liquids+(pyrolytic+lignin)+Part+II.+GPC,+carbonyl+groups,+and+13C-NMR.">Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin) Part II. GPC, carbonyl groups, and 13C-NMR.</a> J. Anal. Appl. Pyrolysis. 58-59, 387-400 (2001).</li><li>Bayerbach, R., Meier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+water-insoluble+fraction+from+fast+pyrolysis+liquids+(pyrolytic+lignin).+Part+IV:+Structure+elucidation+of+oligomeric+molecules.">Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin). Part IV: Structure elucidation of oligomeric molecules.</a> J. Anal. Appl. Pyrolysis. 85 (1-2), 98-107 (2009).</li><li>Faix, O., Andersons, B., Zakis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Carbonyl+Groups+of+Six+Round+Robin+Lignins.">Determination of Carbonyl Groups of Six Round Robin Lignins.</a> Holzforschung. 52, 268-272 (1998).</li><li>Black, S., Ferrell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Carbonyl+Groups+in+Pyrolysis+Bio-oils+Using+Potentiometric+Titration:+Review+and+Comparison+of+Methods.">Determination of Carbonyl Groups in Pyrolysis Bio-oils Using Potentiometric Titration: Review and Comparison of Methods.</a> Energy Fuels. 30 (2), 1071-1077 (2016).</li><li>Ferrell, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardization+of+Chemical+Analytical+Techniques+for+Pyrolysis+Bio-oil:+History,+Challenges,+and+Current+Status+of+Methods.">Standardization of Chemical Analytical Techniques for Pyrolysis Bio-oil: History, Challenges, and Current Status of Methods.</a> Biofuels, Bioprod. Biorefin. 10, 496-507 (2016).</li></ol>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

עקומות טיטרציה נציג מוצגות באיור 2. טיטרציה ריק, כמו גם טיטרציה למדגם שמן פירוליזה, מוצגים. יתר על כן, בנגזרת הראשונה של עקומת טיטרציה (dpH / DV) מוצגת, המאפשר זיהוי קל של נקודת קצה טיטרציה. טבלת ההבלעה על איור 2 מציג נתונים בשלושה עותקים עבור שניהם שמן פיר...

בעוד שמנים ביו פירוליזה מורכבים מגוון גדול של תרכובות קבוצות פונקציונליות כימיות, כימות של קבוצות קרבוניל חשובה במיוחד. קרבונילים ידועים להיות אחראי על חוסר היציבות של שמן ביו במהלך כאחסון 1 ועיבוד 2. שיטת טיטרציה המוצגת כאן היא טכניקה פשוטה שיכול לכמת את התוכן קרבוניל הכולל מהימן של שמנים ביו. רק קבוצות פונקציונליות אלדהיד ו קיטון הם לכמת בשיטה זו; קבוצות חומצה קרבוקסילית lactone אינם לכמת. באשר לניתוח-שמני ביו, כימות של קבוצות קרבוניל ידי טיטרציה הושגה באופן מסורתי בשיטת Nicolaides 3. שיטה זו כבר בשימוש נפוץ בספרות ביו-שמן 4, 5, 6, 7. זההליך פשוט שבו קרבונילים מומרים אוקסים המקבילים (ראה איור 1). ה- HCL המשוחררת מגיבה עם פירידין לכפות על שיווי המשקל עד להשלמתו. החומצה המצומד של פירידין הוא טיטרציה עם כמות ידועה של NaOH (בסיס titrant). מספר ושווי של NaOH בשימוש הוא stoichiometrically שווה שומות של ההווה קרבוניל הביו-שמן. שיטת Nicolaides, לעומת זאת, יש מספר מגבלות. זה יכול לדרוש זמני תגובה העולה על 48 שעות כדי להגיע לשלמות. זה מגביל קשות תפוקה מדגמת. הוא מנצל פירידין, שהוא רעיל. משקולות לדוגמא של 1 עד 2 גרם נדרשים. משקל המדגם הוא תלוי בכמות של ההווה HCl hydroxylamine והתוכן קרבוניל של המדגם. אם אומדן ראשוני של משקל המדגם המשמש אינם נכונים, טיטרציה יש צורך לחזור. Faix et al. 8 פיתחו שיטה ששונה here כדי לטפל בבעיות של השיטה Nicolaides. התגובה מתבצעת על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות, ובכך להגדיל את התפוקה המדגם. פירידין הוחלף triethanolamine, שהוא כימיקל רעיל פחות. גודל המדגם, ניתן להפחית עד 100 עד 150 מ&quot;ג. Triethanolamine צורכת את HCl המשוחררת, נהיגת התגובה להשלמה triethanolamine שתתה רק היא טיטרציה ישירות. טיטרציה משני של hydroxylamine הוא מיותר. השוואת שיטות טיטרציה אלה הראתה כי שיטת Nicolaides מזלזלת באופן משמעותי תוכן קרבוניל של 9 שמנים ביו. השיטה המתוארת כאן יש הבדל בין השיטה המקורית 8 לחול יותר לניתוח-שמנים ביו פירוליזה. שיטה זו פותחה עבור הניתוח-שמנים ביו פירוליזה הגלם, אבל זה כבר מיושם בהצלחה סוגים אחרים של שמנים הנגזר ביומסה, כולל שמני ביו hydrotreated. Additionally, בשיטה זו נעשה שימוש כדי לעקוב אחר שינויים בתוכן קרבוניל במהלך ההזדקנות ושדרוג שניהם.

<table><tbody><tr><td>Analytical balance</td><td></td><td></td><td>accurate to 0.1 mg</td></tr><tr><td>dry block heater with magnetic stirrer, or hot water bath with magnetic stirrer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Automatic titrator</td><td></td><td></td><td>We used a Metrohm Titrando 809 automatic titrator, though other equivalent systems are acceptable</td></tr><tr><td>Deionized water</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ethanol (reagent grade)</td><td></td><td></td><td>CAS # 64-17-5</td></tr><tr><td>Hydroxylamine hydrochloride&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS # 5470-11-1</td></tr><tr><td>Triethanolamine&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS #102-71-6</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid (37%)&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS # 7647-01-0</td></tr><tr><td>Sodium Carbonate (primary standard)&amp;nbsp;</td><td>SigmaAldrich</td><td>223484</td><td></td></tr><tr><td>4-(benzyloxy)benzaldehyde&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>CAS # 4397-53-9</td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td></td><td></td><td>CAS # 67-68-5</td></tr><tr><td>5 mL glass Reacti-vials with solid lid and teflon spinvane</td><td>Thermoscientific</td><td>TS-13223</td><td></td></tr><tr><td>200 mL volumetric flask</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Volumetric or mechanical pipettes</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

determination of carbonyl functional groups in bio-oils by potentiometric titration: the faix method

תרכובות קרבוניל נוכחות-שמני ביו ידועות להיות אחראי שינויים ברכוש ביו-שמן על אחסון ובמהלך השדרוג. באופן ספציפי, קרבונילים לגרום לעלייה צמיגות (המכונה לעתים קרובות &quot;הזדקנות&quot;) במהלך האחסון של שמנים ביו. ככזה, תוכן קרבוניל בעבר נעשה שימוש כשיטת מעקב הזדקנות ביו-נפט תגובות עיבוי עם השתנות פחות מדידות צמיגות. בנוסף, קרבונילים אחראים גם היווצרות קוקאין בתהליכי שדרוג ביו-שמן. לאור החשיבות של קרבונילים ביו-שמנים, שיטות אנליטיות מדויקות הכימות שלהם חשובות מאוד עבור קהילת הביו-השמן. שיטות טיטרציה פוטנציומטריים מבוססות על oximation קרבוניל כבר מזמן משמשות לקביעת תוכן קרבוניל שמנים ביו פירוליזה. כאן, אנו מציגים שינוי של נהלי oximation קרבוניל המסורתיים המביא זמן תגובה פחות, גודל מדגם קטן, דיוק גבוה, ועוד ACCקביעות קרבוניל urate. בעוד קרבוניל המסורתי שיטות oximation להתרחש בטמפרטורת חדר, שיטת Faix המוצגת כאן מתרחשת בטמפרטורה גבוהה של 80 מעלות צלזיוס.

<html> עקומת טיטרציה טיפוסית מורכבת באותה עמדת קצה, כפי שמוצגת באיור 2. titrations האופיינית הוא מדגם ביו-שמן גלם, טיטרציה ריקה, מוצג. כנקודת הסיום טמון בנקודת הפיתול בעקום טיטרציה; ניתן לזהות את נקודת הסיום בקלות על ידי התוויית בנגזרת הראשונה של עקו...

Watch this Scientific Journal Video about Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method at JoVE.com

Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method

Here we present a potentiometric titration technique for accurately quantifying carbonyl compounds in pyrolysis bio-oils.

קביעת קבוצות פונקציונליות קרבוניל Bio-שמנים ידי טיטרציה פוטנציומטריים: שיטת Faix

Carbonyl compounds present in bio-oils are known to be responsible for bio-oil property changes upon storage and during upgrading. Specifically, carbonyls ...

determination-carbonyl-functional-groups-bio-oils-potentiometric

Universidad San Sebastian

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Organic Chemistry

Analytical Chemistry

Chemistry

Unit 1

Aldehydes and Ketones

Complexometric Titration, Precipitation Titration, and Gravimetry

SCIENTISTS IN ACTION

11.0K Views.  National Renewable Energy Laboratory. Here we present a potentiometric titration technique for accurately quantifying carbonyl compounds in pyrolysis bio-oils.

Video: Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method

Identification of Fatty Acids in Bacillus cereus

The Bacillus species contain branched chain and unsaturated fatty acids (FAs) with diverse positions of the methyl branch (iso or anteiso) and of the double bond. Changes in FA composition play a crucial role in the adaptation of bacteria to their environment. These modifications entail a change in the ratio of iso versus anteiso branched FAs, and in the proportion of unsaturated FAs relative to saturated FAs, with double bonds created at specific positions. Precise identification of the FA profile is necessary to understand the adaptation mechanisms of Bacillus species.
Many of the FAs from Bacillus are not commercially available. The strategy proposed herein identifies FAs by combining information on the retention time (by calculation of the equivalent chain length (ECL)) with the mass spectra of three types of FA derivatives: fatty acid methyl esters (FAMEs), 4,4-dimethyl oxazoline derivatives (DMOX), and 3-pyridylcarbinyl ester (picolinyl). This method can identify the FAs without the need to purify the unknown FAs.
Comparing chromatographic profiles of FAME prepared from Bacillus cereus with a commercial mixture of standards allows for the identification of straight-chain saturated FAs, the calculation of the ECL, and hypotheses on the identity of the other FAs. FAMEs of branched saturated FAs, iso or anteiso, display a constant negative shift in the ECL, compared to linear saturated FAs with the same number of carbons. FAMEs of unsaturated FAs can be detected by the mass of their molecular ions, and result in a positive shift in the ECL compared to the corresponding saturated FAs.
The branching position of FAs and the double bond position of unsaturated FAs can be identified by the electron ionization mass spectra of picolinyl and DMOX derivatives, respectively. This approach identifies all the unknown saturated branched FAs, unsaturated straight-chain FAs and unsaturated branched FAs from the B. cereus extract.

Identification of Fatty Acids in Bacillus cereus

We propose a protocol to identify fatty acids without the need to purify them. It combines information on the retention times with the mass spectra of three types of fatty acid derivatives: fatty acid methyl esters (FAMEs), 4,4-dimethyl oxazoline derivatives (DMOX), and 3-pyridylcarbinyl esters (picolinyl).

זיהוי של חומצות שומן ב<em&gt; Cereus בצילוס</em

The Bacillus species contain branched chain and unsaturated fatty acids (FAs) with diverse positions of the methyl branch (iso or anteiso) and of the ...

Biochemistry

A Toolkit to Enable Hydrocarbon Conversion in Aqueous Environments

This work puts forward a toolkit that enables the conversion of alkanes by Escherichia coli and presents a proof of principle of its applicability. The toolkit consists of multiple standard interchangeable parts (BioBricks)9 addressing the conversion of alkanes, regulation of gene expression and survival in toxic hydrocarbon-rich environments.
A three-step pathway for alkane degradation was implemented in E. coli to enable the conversion of medium- and long-chain alkanes to their respective alkanols, alkanals and ultimately alkanoic-acids. The latter were metabolized via the native &beta;-oxidation pathway. To facilitate the oxidation of medium-chain alkanes (C5-C13) and cycloalkanes (C5-C8), four genes (alkB2, rubA3, rubA4and rubB) of the alkane hydroxylase system from Gordonia sp. TF68,21 were transformed into E. coli. For the conversion of long-chain alkanes (C15-C36), theladA gene from Geobacillus thermodenitrificans was implemented. For the required further steps of the degradation process, ADH and ALDH (originating from G. thermodenitrificans) were introduced10,11. The activity was measured by resting cell assays. For each oxidative step, enzyme activity was observed.
To optimize the process efficiency, the expression was only induced under low glucose conditions: a substrate-regulated promoter, pCaiF, was used. pCaiF is present in E. coli K12 and regulates the expression of the genes involved in the degradation of non-glucose carbon sources.
The last part of the toolkit - targeting survival - was implemented using solvent tolerance genes, PhPFD&alpha; and &beta;, both from Pyrococcus horikoshii OT3. Organic solvents can induce cell stress and decreased survivability by negatively affecting protein folding. As chaperones, PhPFD&alpha; and &beta; improve the protein folding process e.g. under the presence of alkanes. The expression of these genes led to an improved hydrocarbon tolerance shown by an increased growth rate (up to 50%) in the presences of 10% n-hexane in the culture medium were observed.
Summarizing, the results indicate that the toolkit enables E. coli to convert and tolerate hydrocarbons in aqueous environments. As such, it represents an initial step towards a sustainable solution for oil-remediation using a synthetic biology approach.

A sustainable auto regulating bacterial system for the remediation of oil pollutions was designed using standard interchangeable DNA parts (BioBricks). An engineered E. coli strain was used to degrade alkanes via &beta;-oxidation in toxic aqueous environments. The respective enzymes from different species showed alkane degradation activity. Additionally, an increased tolerance to n-hexane was achieved by introducing genes from alkane-tolerant bacteria.

Toolkit כדי לאפשר גיור פחמימן בסביבות מימיות

This work puts forward a toolkit that enables the conversion of alkanes by Escherichia coli and presents a proof of principle of its applicability. The ...

Bioengineering

Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile organic carbons (VOCs), illustrating this with a titanium dioxide based catalyst, and the VOC 2-propanol. The protocol takes advantage of field asymmetric ion mobility spectroscopy (FAIMS), an analysis tool that is capable of continuously identifying and monitoring the concentration of VOCs such as 2-propanol and acetone at the ppb level. The continuous nature of FAIMS allows detailed kinetic analysis, and long-term reactions, offering a significant advantage over gas chromatography, a batch process traditionally used in air purification characterization. The use of FAIMS in photocatalytic air purification has only recently been used for the first time, and with the protocol illustrated here, the flexibility in allowing alternative VOCs and photocatalysts to be tested using comparable protocols offers a unique system to elucidate photocatalytic air purification reactions at low concentrations.

A protocol for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) model volatile organic carbons such as 2-propanol is described.

ניתוח התמונה-החמצון של 2-פרופנול בריכוזים ברמה ירודה האוויר באמצעות שדה יון אסימטרי ניידות מסות

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile ...

Original Experimental Approach for Assessing Transport Fuel Stability

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several technological changes to fulfill environmental and economic requirements. These developments have resulted in increasingly severe operating conditions whose suitability for conventional and alternative fuels needs to be addressed. For example, fatty acid methyl esters (FAMEs) introduced as biodiesel are more prone to oxidation and may lead to deposit formation. Although several methods exist to evaluate fuel stability (induction period, peroxides, acids, and insolubles), no technique allows one to monitor the real-time oxidation mechanism and to measure the formation of oxidation intermediates that may lead to deposit formation. In this article, we developed an advanced oxidation procedure (AOP) based on two existing reactors. This procedure allows the simulation of different oxidation conditions and the monitoring of the oxidation progress by the means of macroscopic parameters, such as total acid number (TAN) and advanced analytical methods like gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared - Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR). We successfully applied AOP to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics of a model molecule (methyl oleate) and commercial diesel and biodiesel fuels. These developments represent a key strategy for fuel quality monitoring during logistics and on-board utilization.

Oxidation stability of transport fuels has become a concern for future fuel development. This work presents an original methodology developed by IFP Energies Nouvelles for assessing fuel stability using two different reactors. This methodology was successfully applied to gain an in-depth understanding of the oxidation kinetics and pathways of model molecules and commercial fuels.

גישה ניסויית מקורית להערכת יציבות הובלת דלק

The study of fuel oxidation stability is an important issue for the development of future fuels. Diesel and kerosene fuel systems have undergone several ...

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic acids containing three to six carbons), such as malate and citrate, are critical to the proper functioning of many biological systems, where they function in cellular respiration and can serve as indicators of cell health. In foods, organic acid content can have significant impact on taste, with increased SCCA levels resulting in a sour or &#34;acid&#34; taste. Because of this, methods for the rapid analysis of organic acid levels are of particular interest to the food and beverage industries. Unfortunately, however, most methods used for SCCA quantification are dependent on time-consuming protocols requiring the derivatization of samples with hazardous reagents, followed by costly chromatographic and/or mass spectrometric analyses. This method details an alternate method for the detection and quantification of organic acids from plant material and food samples using free zonal capillary electrophoresis (CZE), sometimes simply referred to as capillary electrophoresis (CE). CZE provides a cost-effective method for measuring SCCAs with a low limit of detection (0.005 mg/ml). This article details the extraction and quantification of SCCAs from plant samples. While the method provided focuses on measurement of SCCAs from coffee beans, the method provided can be applied to multiple plant-based food materials.

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

This article presents a method for the detection and quantification of organic acids from plant material using free zonal capillary electrophoresis. An example of the potential application of this method, determining the effects of a secondary fermentation on organic acid levels in coffee seeds, is provided.

באמצעות אלקטרופורזה נימים לכמת חומצות אורגניות מרקמות צמח: מקרה מבחן בחינה<em&gt; קפה ערביקה</em&gt; זרעים

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic ...

Extraction of Lignin with High &#946;-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the emerging elegant procedures to obtain specific aromatic products rely on the lignin substrate having a high content of the readily cleavable &#946;-O-4 linkage as present in the native lignin structure. This provides a miss-match with typical technical lignins that are highly degraded and therefore are low in &#946;-O-4 linkages. Therefore, the extraction yields, and the quality of the obtained lignin are of utmost importance to access new lignin valorization pathways. In this manuscript, a simple protocol is presented to obtain lignins with high &#946;-O-4 content by relatively mild ethanol extraction that can be applied to different lignocellulose sources. Furthermore, analysis procedures to determine the quality of the lignins are presented together with a depolymerization protocol that yields specific phenolic 2-arylmethyl-1,3-dioxolanes, which can be used to evaluate the obtained lignins. The presented results demonstrate the link between lignin quality and potential for the lignins to be depolymerized into specific monomeric aromatic chemicals. Overall, the extraction and depolymerization demonstrates a trade-off between the lignin extraction yield and the retention of the native aryl-ether structure and thus the potential of the lignin to be used as the substrate for the production of chemicals for higher-value applications.

Here, we present a protocol to perform ethanol extraction of lignin from several biomass sources. The effect of the extraction conditions on the lignin yield and &#946;-O-4 content are presented. Selective depolymerization is performed on the obtained lignins to obtain high aromatic monomer products.

מיצוי של ליגנין עם תכולה גבוהה של β-O-4 על-ידי הפקת אתנול מתון והשפעתו על התשואה Depolymerization

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the ...

Characterizing Lewis Pairs Using Titration Coupled with In Situ Infrared Spectroscopy

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, characterization of these interactions has been limited to models equivalent to stoichiometric reactions. Here, we report a method utilizing in situ infrared spectroscopy to probe the solution interactions between Lewis acids and carbonyls under synthetically relevant conditions. Using this method, we were able to identify 1:1 complexation between GaCl3 and acetone and a highly ligated complex for FeCl3 and acetone. The impact of this technique on mechanistic understanding is illustrated by application to the mechanism of Lewis acid-mediated carbonyl-olefin metathesis in which we were able to observe competitive binding interactions between substrate carbonyl and product carbonyl with the catalyst.

Here, we present a method for the observation of solution interactions between Lewis acids and bases by employing in situ infrared spectroscopy as a detector for titration under synthetically relevant conditions. By examining solution interactions, this method represents a complement to X-ray crystallography, and provides an alternative to NMR spectroscopy.

אפיון לואיס זוגות שימוש בטיטור בשילוב עם ספקטרוסקופיה אינפרא-אדום באתרו

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, ...

Fast Pyrolysis of Biomass Residues in a Twin-screw Mixing Reactor

Fast pyrolysis is being increasingly applied in commercial plants worldwide. They run exclusively on woody biomass, which has favorable properties for conversion with fast pyrolysis. In order to increase the synergies of food production and the energetic and/or material use of biomass, it is desirable to utilize residues from agricultural production, e.g., straw. The presented method is suitable for converting such a material on an industrial scale. The main features are presented and an example of mass balances from the conversion of several biomass residues is given. After conversion, fractionated condensation is applied in order to retrieve two condensates &#8212; an organic-rich and an aqueous-rich one. This design prevents the production of fast pyrolysis bio-oil that exhibits phase separation. A two phase bio-oil is to be expected because of the typically high ash content of straw biomass, which promotes the production of water of reaction during conversion.
Both fractionated condensation and the use of biomass with high ash content demand a careful approach for establishing balances. Not all kind of balances are both meaningful and comparable to other results from the literature. Different balancing methods are presented, and the information that can be derived from them is discussed.

A procedure for thermochemical conversion of biomass residues is presented that aims at maximizing the yield of liquid products (fast pyrolysis). It is based on a technology proven on an industrial scale and especially suitable for treating a straw type of biomass.

פירוליזה מהיר של שאריות ביומסה בכור ערבוב דו-מדחפית

Fast pyrolysis is being increasingly applied in commercial plants worldwide. They run exclusively on woody biomass, which has favorable properties for ...

Fractionation of Lignocellulosic Biomass using the OrganoCat Process

The shift from a petroleum-based to a more sustainable and bio-based economy requires the development of new refinery concepts to maintain the supply of raw materials and energy. For these novel and sustainable biorefinery concepts, it is important to use catalysts and solvents that are aligned with the principles of Green Chemistry. Therefore, the implementation of biogenic alternatives can be a promising solution. The lignocellulose pretreatment and fractionation process presented herein-OrganoCat-is an integrated fractionation of lignocellulose into its main components using biogenic acids such as 2,5-furandicarboxylic acid as catalyst. Hemicelluloses and other non-cellulosic polysaccharides are selectively depolymerized by the diluted acid and dissolved, while the crystalline cellulose remains in the solid pulp. In the presence of a second organic phase consisting of biogenic 2-methyltetrahydrofuran, disentangled lignin is extracted in situ. The process allows for the efficient fractionation of the three main components-lignin, cellulose, and non-cellulosic sugars. This helps to focus on the quality of the lignin, the improvement of enzymatic hydrolysis of the cellulose-enriched pulp, and the mild non-cellulosic sugar extraction with low degradation.

OrganoCat is a method for the pretreatment and fractionation of lignocellulose under mild conditions into lignin, fermentable sugars, and cellulose pulp. In a biogenic, biphasic solvent system of water and 2-methyltetrahydrofuran with 2,5-furancarboxylic acid as catalyst, the OrganoCat products are separated in situ for straightforward product recovery.

שבר ביומסה ליגנוקולוסית באמצעות תהליך OrganoCat

The shift from a petroleum-based to a more sustainable and bio-based economy requires the development of new refinery concepts to maintain the supply of ...

Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

Pretreatment is still the most expensive step in lignocellulosic biorefinery processes. It must be made cost-effective by minimizing chemical requirements as well as power and heat consumption and by using environment-friendly solvents. Deep eutectic solvents (DESs) are key, green, and low-cost solvents in sustainable biorefineries. They are transparent mixtures characterized by low freezing points resulting from at least one hydrogen bond donor and one hydrogen bond acceptor. Although DESs are promising solvents, it is necessary to combine them with an economic heating technology, such as microwave irradiation, for competitive profitability. Microwave irradiation is a promising strategy to shorten the heating time and boost fractionation because it can rapidly attain the appropriate temperature. The aim of this study was to develop a one-step, rapid method for biomass fractionation and lignin extraction using a low-cost and biodegradable solvent. 
In this study, a microwave-assisted DES pretreatment was conducted for 60 s at 800 W, using three kinds of DESs. The DES mixtures were facilely prepared from choline chloride (ChCl) and three hydrogen-bond donors (HBDs): a monocarboxylic acid (lactic acid), a dicarboxylic acid (oxalic acid), and urea. This pretreatment was used for biomass fractionation and lignin recovery from marine residues (Posidonia leaves and aegagropile), agri-food byproducts (almond shells and olive pomace), forest residues (pinecones), and perennial lignocellulosic grasses (Stipa tenacissima). Further analyses were conducted to determine the yield, purity, and molecular weight distribution of the recovered lignin. In addition, the effect of DESs on the chemical functional groups in the extracted lignin was determined by Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. The results indicate that the ChCl-oxalic acid mixture affords the highest lignin purity and the lowest yield. The present study demonstrates that the DES-microwave process is an ultrafast, efficient, and cost-competitive technology for lignocellulosic biomass fractionation.

Deep eutectic solvent-based, microwave-assisted pretreatment is a green, fast, and efficient process for lignocellulosic fractionation and high-purity lignin recovery.

מיצוי ליגנין מהיר במיוחד משאריות ליגנוקלולוסיות ים תיכוניות יוצאות דופן

Pretreatment is still the most expensive step in lignocellulosic biorefinery processes. It must be made cost-effective by minimizing chemical requirements ...

קביעת קבוצות פונקציונליות קרבוניל Bio-שמנים ידי טיטרציה פוטנציומטריים: שיטת Faix

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

זיהוי של חומצות שומן ב