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

Bu çalışma, Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı ile Sözleşme No. DE-AC36-08GO28308 altında ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenmiştir. Enerji Verimliliği ABD Enerji Bakanlığı Ofisi ve Yenilenebilir Enerji Biyoenerji Teknolojileri Dairesi tarafından sağlanan finansman. ABD Hükümeti korur ve yayıncı, yayın için yazı kabul ederek, ABD Hükümeti yayınlamak veya bu işin yayımlanmış form yeniden, ya da başkalarının bunu yapmak için izin vermek için bir münhasır olmayan, ödenmiş, geri alınamaz, dünya çapında lisans korur olduğunu kabul, ABD Hükümeti amaçlı.

Dikkat: başlamadan önce ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) gözden geçirin. Etanol yanıcıdır. Tüm geçerli kimyasal işleme prosedürleri, yanı sıra tüm geçerli atık atılabilir ve taşıma prosedürleri takip edilmelidir. 1. Reaktif Çözümleri <ol><li> hidroksilamin hidroklorid solüsyonu (Çözelti A) hazırlanması: 250 mL&#39;lik bir volümetrik şişeye hidroksilamin hidroklorür 7.7 g deiyonize su, 50 mL ekleyin. tüm katılar çözündürüldü sonra, etanol ile işaretlemek seyreltin. Bu 80% (h / h) etanol içinde 0.55 M hidroksilamin hidroklorür çözeltisi elde edilir. </li><li> trietanolamin çözeltisi (solüsyon B) hazırlanması: 250 mL&#39;lik bir volümetrik şişeye trietanolamin 17.4 mL ekleyin. 10 mL su ekleyin ve sonra etanol ile işarete kadar sulandırmak. Su ilavesi atlanırsa% 95 etanol de kullanılabilir. Bu,% 96 bir 0.48 M trietanolamin çözeltisi ile sonuçlanır (h / h) etanol </li><li> hidroklorik asit hazırlanmasıçözüm. Ya 0.1 N solüsyon satın almak veya 10 ml kullanarak hazırlamak HCl ve 1 L su yoğunlaştı. </li></ol> 2. Biyo-oil Örnekleme ve Taşıma <ol><li> Emin yağ numunesi önce bir örnek çekilmesi için oda sıcaklığında olduğundan emin olun. (Homojen olduğundan emin olmak için en az 1 dakika boyunca kuvvetlice çalkalayarak karışımı ve görsel örnek kontrol edin. Bazı biyo-yağlar uzun sallayarak süreleri gerekebilir) iyice homojenize temsili bir numune elde etmek için biyo-yağ. </li><li> biyo-yağ numune için, biyo-yağ, 100 ila 150 mg kullanın. </li><li> analizden önce numune bozulmasını önlemek için oksijen ve ısı maruziyeti en aza indirmek. </li></ol> 3. Analitik Prosedür <ol><li> Baz Çözüm Standardizasyon <ol><li> 105 ° C de bir fırında Kuru Na2 CO3 primer, standart bir gece boyunca, kuru numune sağlamak. Na 2 CO 3 tartılmadan önce oda sıcaklığına soğumaya bırakın. </li><li> 150 mg 100 tartınBir titrasyon kabına sodyum karbonat, gerçek ağırlığı kaydetmek Bir karıştırma çubuğu eklemek ve pH elektrodu ampul ve kavşak karşılamak için yeterli su ekleyin. </li><li> etanol / su son bir% 80 çözelti yapmak için oranlarda etanol ve su ile ayrıca, reaksiyon şişesi, birkaç kez yıkanarak bir titrasyon kabına örnek aktarın. uç otomatik bir titrasyon cihazı kullanılarak asit çözeltisi ile titre edin. bitiş noktası kaydediniz. titrasyonu eğrisi üzerindeki bükülme noktası olarak tanımlanmaktadır. </li><li> üç puan elde etmek için iki kez bu işlemi tekrarlayın. </li><li> asit çözeltisi normallik olarak ortalama değerini kullanın. </li></ol></li><li> Titrasyon Boşluklar hazırlanması <ol><li> Boş için: bir eğirme pervane ile 5 ml&#39;lik bir şişeye, 0.5 mL dimetil sülfoksit (DMSO) ekleyin. </li><li> 2 ml hidroksilamin hidroklorür çözeltisi (A çözeltisi) ekleyin. </li><li> 2 mL trietanolamin çözeltisi (çözelti B) eklenir. </li><li> Cap sıkıca, önceden ısıtılmış (80 ° C) &#39;de yer ısıer blok ya da su banyosu aldı ve 2 saat karıştırın. </li><li> asit bitiş noktasına otomatik titrasyon cihazı kullanılarak çözüm ve kayıt uç noktası ile titre edilir. </li><li> Boş B için: mineral asit, örnek içinde mevcut bir eğirme kanatlı 5 ml&#39;lik bir şişeye, 0.5 mL DMSO ilave şüpheleniliyorsa. </li><li> 2 mL trietanolamin çözeltisi (çözelti B) eklenir. </li><li> Kapak sıkı ve 2 saat 80 ° C&#39;de karıştırın. </li><li> etanol / su son bir% 80 çözelti yapmak için oranlarda etanol ve su ile ayrıca, reaksiyon şişesi, birkaç kez yıkanarak bir titrasyon kabına örnek aktarın. uç otomatik bir titrasyon cihazı kullanılarak asit çözeltisi ile titre edin. bitiş noktası kaydediniz. </li><li> Işlemi tekrarlayın üç kez üç puan elde etmek. </li></ol></li><li> Bilinen Karbonil kullanma Yöntem Doğrulama <ol><li> bir eğirme kanat eklemek gerçek ağırlığı kayıt, bir 5 ml&#39;lik bir şişeye 4- (benziloksi) benzaldehid (4-BBA) ~ 100 mg ağırlığında. </li><li> 0.5 mL DMSO ekleyin. </li><li> eritmek2 ml hidroksilamin hidroklorür çözeltisi (çözelti A) örnek. </li><li> 2 mL trietanolamin çözeltisi (çözelti B) eklenir. </li><li> Kapağı kapatın sıkı ve 2 saat 80 ° C&#39;de karıştırın. </li><li> etanol / su son bir% 80 çözelti yapmak için oranlarda etanol ve su ile ayrıca, reaksiyon şişesi, birkaç kez yıkanarak bir titrasyon kabına örnek aktarın. uç otomatik bir titrasyon cihazı kullanılarak asit çözeltisi ile titre edin. bitiş noktası kaydediniz. </li><li> üç puan elde etmek için, işlemini üç kez tekrarlayın. </li></ol></li><li> Yöntemiyle Bio-yağ analizi <ol><li> , 5 ml&#39;lik bir şişeye, biyo-yağ, 100 mg civarındadır tartılır gerçek ağırlığı kaydedilir ve bir dönüş kanat ekleyin. </li><li> 0.5 mL DMSO ekleyin. </li><li> 2 ml hidroksilamin hidroklorür çözeltisi (çözelti A) örnek içinde çözülür. </li><li> 2 mL trietanolamin çözeltisi (çözelti B) eklenir. </li><li> Kapağı kapatın sıkı ve 2 saat 80 ° C&#39;de karıştırın. </li><li> aktarım incibir titrasyon kabına e örnek oranlarda etanol ve su ile ayrıca, reaksiyon şişesi, birkaç kez yıkama etanol / su son bir% 80 çözelti yapmak için. uç otomatik bir titrasyon cihazı kullanılarak asit çözeltisi ile titre edin. bitiş noktası kaydediniz. </li><li> üç puan elde etmek için, işlemini üç kez tekrarlayın. </li><li> Boş C: mineral asit numunede mevcut olduğu şüphesi varsa, yakın bir 5 ml şişe içine biyo-yağ 100 mg ağırlığında, kilo kaydetmek ve spin gülü ekleyin. </li><li> 0.5 mL DMSO ekleyin. </li><li> 2 mL trietanolamin çözeltisi (çözelti B) eklenir. </li><li> Kapak sıkı ve 2 saat 80 ° C&#39;de karıştırın. </li><li> etanol / su son bir% 80 çözelti yapmak için oranlarda etanol ve su ile ayrıca, reaksiyon şişesi, birkaç kez yıkanarak bir titrasyon kabına örnek aktarın. uç otomatik bir titrasyon cihazı kullanılarak asit çözeltisi ile titre edin. bitiş noktası kaydediniz. </li><li> Işlemi tekrarlayın üç kez üç puan elde etmek. </li></ol></li></ol> 4. Hesaplamalar <ol><li> Baz Çözüm Standardizasyon <ol><li> Aşağıdaki denklem kullanılarak asit çözeltisi (mol / L) konsantrasyonu hesaplanır. Gram kuru sodyum karbonat ağırlığı (yani,% 99 0.99) saflıkta bir fraksiyonu olarak yazılır, w 1, ve uç nokta mL bulunmaktadır. <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq1.jpg" /></li></ol></li><li> Bilinen Karbonil kullanma Yöntem Doğrulama <ol><li> Aşağıdaki denklem kullanılarak örnek 4BBA (mol / L) konsantrasyonu hesaplanır. 2 W, 4BBA saflıkta bir fraksiyonu olarak yazılır gram 4BBA ağırlığı (yani,% 99 0.99), asit çözeltisi (mol / L) konsantrasyonu, [asit] olduğu, trietanolamin / hidroksilamin • HCI boş uç (mL üç boşlukları ortalama değeri,) EP BA ve bitiş noktası (ml) EP olduğunu. &lt;br /&gt; <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq2.jpg" /></li></ol></li><li> Biyo-yağ analizi <ol><li> Aşağıdaki denklem kullanılarak biyo-yağlarda karboniller [CO] (mmol / g-biyo yağ) konsantrasyonu hesaplanır. Gram biyo-yağ ağırlık 3 w asit çözeltisi (mol / L) konsantrasyonu, [asit] olduğu, trietanolamin / hidroksilamin • HCI boş uç EP BA (mL üç boşlukları ortalama değeri) ve bitiş noktası (ml) EP olduğunu. <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq3.jpg" /></li></ol></li><li> asit Düzeltme Not: pKa &lt;2 mineral asitler veya organik asitler varlığı nedeniyle trietanolamin ile asitin reaksiyonu ile yapay olarak düşük karbonil değerleri neden olabilir. <ol><li> Bu şüpheleniliyorsa, bölümler 3.2.6 ve 3.4.8 ayrıntıları boşlukları gerçekleştirin. Örneğin gram olarak biyo-yağ ağırlık3 w, AP numunenin uç ve EP BA trietanolamin / hidroksilamin boştur. EP BB Blank B bitiş noktasıdır, EP M.Ö. Blank C kullanılan yağın Boş C ve ağırlığı (g) son nokta M.Ö. w olduğunu: <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq4.jpg" /> Çoğunlukla asetik asit içeren biyo-yağ örneklerinde, bu gereksiz bir adımdır. </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>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Örnek titrasyon eğrileri Şekil 2&#39;de gösterilmiştir. Boş bir titrasyon, hem de bir piroliz yağı numunesi için bir titrasyon gösterilmektedir. Ayrıca, titrasyon eğrisi (DPH / dV) birinci türevi titrasyon bitiş kolay tanınması için izin veren gösterilmiştir. Şekil 2 ek tablo ortalama değerleri ve standart sapmaları ile piroliz yağı ve boş titrasyon hem de üçlü verileri göstermektedir. (ML) gösterilen nokta değerleri piroliz yağı örnek (mmol / g), topla...

Piroliz biyo-yağ bileşikleri ve kimyasal fonksiyonel gruplar büyük bir çeşitlilik oluşur birlikte, karbonil gruplarının belirlenmesi özellikle önemlidir. Karboniller her iki depolama 1 ve işleme 2 esnasında biyo-yağ istikrarsızlık sorumlu olduğu bilinmektedir. Burada sunulan titrasyon yöntemi güvenilir biyo-yağların toplam karbonil içeriğini ölçmek için basit bir tekniktir. Sadece aldehit ve keton fonksiyonel gruplar bu yöntem kullanılarak sayısal edilir; karboksilik asit ve lakton grupları miktarı değildir. Biyo-yağ analizi için, titrasyon ile karbonil gruplarının miktar geleneksel Nikolaydes&#39;in 3 yöntem kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem, genel olarak biyo-yağ literatürde 4, 5, 6, 7 kullanılmıştır. Bu birkarboniller karşılık gelen oksime dönüştürülür işlem basittir (bakınız Şekil 1). kurtarılmış HCI tamamlanması için denge zorlamak için piridin ile reaksiyona girer. piridin konjuge asit NaOH (baz titrant) bilinen bir miktarı ile titre edilir. kullanılan NaOH eşdeğer sayısı biyo-yağ içinde karbonil mevcut mol stoikiometrik eşdeğerdir. Nikolaydes yöntem olup, bununla birlikte, bazı sınırlamalar vardır. Bu tamamlanma sağlamak için 48 saatten fazla reaksiyon süreleri gerektirir. Bu ciddi örnek hacmi sınırlar. Bu zehirli piridin kullanır. 1 ila 2 g örnek ağırlıkları gerekmektedir. kullanılan Numune ağırlığı hidroksilamin HCI miktarına ve numunenin karbonil içeriğine bağlıdır. kullanılan numune ağırlığının ilk tahminleri yanlışsa, titrasyon tekrarlanmalıdır. Faix ve ark. 8 saat modifiye edilmiş bir yöntem geliştirdiere Nicolaides yönteminin sorunlarını çözmek için. Reaksiyon, böylece numune sayısını artırarak, 2 saat boyunca 80 ° C&#39;de gerçekleştirilir. Piridin, daha az toksik kimyasal trietanolamin ile değiştirilmiştir. Örnek büyüklüğü, 100 ile 150 mg kadar azaltılabilir. trietanolamin tepkimeyi sona sürüş, serbest HCl tüketir ve tüketilmemiş trietanolamin doğrudan titre edilir. hidroksilamin ikinci bir titrasyon gereksizdir. Bu titrasyon yöntemleri karşılaştırılması Nikolaydes yöntemi önemli ölçüde biyo-yağ 9 karbonil içeriği hafife göstermiştir. Burada tarif edilen yöntem, piroliz biyo-yağ analizi daha uygun olduğu orjinal yöntemde 8 modifiye edilmiştir. Bu yöntem, ham piroliz biyo-yağ analizi için geliştirilmiş, ancak başarılı bir şekilde su ile muameleden geçirilmiş biyolojik yağlar da dahil olmak üzere biyo-kütleden türetilen yağlar diğer türleri, uygulanmıştır. addinduğunda, bu yöntem hem yaşlanma ve yükseltme sırasında karbonil içeriği değişiklikleri izlemek için kullanılır olmuştur.

<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

biyo-yağ içinde mevcut karbonil bileşikleri depolama üzerine ve yükseltme sırasında biyo-yağ özelliği değişikliklerden sorumlu olduğu bilinmektedir. Spesifik olarak, karboniller biyo-yağ depolanması sırasında (genellikle &quot;yaşlanma&quot; olarak ifade edilecektir) bir viskozite artışa neden olmaktadır. Bu şekilde, karbonil içeriği daha önce viskozite ölçümleri daha az değişkenlik olan biyo-yağ yaşlanmaya ve yoğunlaşma reaksiyonlarını takip için bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, karboniller de biyo-yağ yükseltme süreçlerinde kok oluşumu sorumludur. biyo-yağlarda karbonillerin önemi göz önüne alındığında, onların ölçümü için doğru analitik yöntemler biyo-yağ toplum için çok önemlidir. karbonil A&#39;dan dayalı Potansiyometrik titrasyon yöntemleri uzun piroliz biyo-yağlar karbonil içeriğinin belirlenmesi için kullanılmıştır. Burada, daha az reaksiyon süresi ile sonuçlanan geleneksel karbonil A&#39;dan prosedürlerin modifikasyonu, küçük bir numune boyutu, daha yüksek hassasiyet ve daha acc mevcutürat karbonil tespitler. Geleneksel karbonil A&#39;dan yöntemleri, oda sıcaklığında meydana gelir iken, burada sunulan Faix yöntemi 80 ° C&#39;lik yüksek bir sıcaklıkta meydana gelir.

<html> Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, tipik bir titrasyon eğrisi, tek bir uç noktası oluşur. Ham biyo-yağ numunesi ve boş titrasyon hem tipik titrasyonlar gösterilir. Son nokta titrasyon eğrisinin bükülme noktasında yer aldığından; Son nokta, kolayca (Şekil 2&#39;de sağ eksende, DPH / DV gösterilmektedir) titrasyon eğrisinin birinci türevinin çizilmesi ile tespit edilebilir. Birçok otomatik titrasyon sistemleri bazen uç nokta t...

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.

Faix Yöntemi: Potansiyometrik Titrasyon tarafından Bio-yağlar Karbonil Fonksiyonel Grupların belirlenmesi

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 Görüntüleme.  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).

Yağ Asitlerinin Tanımlanması içinde<em&gt; Bacillus cereus</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 ...

Biyokimya

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.

Sulu Ortamlarda Hidrokarbon Dönüşüm Enable A Toolkit

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 ...

Biyomühendislik

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.

2-propanol iç hava düzey konsantrasyonlarda alan asimetrik iyon mobilite spektrometresi kullanılarak fotoğraf oksidasyonunu analiz

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

Kimya

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.

Ulaşım Yakıt İstikrar Değerlendirme Orijinal Deneysel Yaklaşım

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.

Bitki Doku Organik Asit belirlememize Kılcal Elektroforez kullanma: Bir Test Case incelenmesi<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Tohumlar

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.

Yüksek β-O-4 içeriği ile Lignin çıkarımı hafif etanol ayıklama ve bozulumu verim üzerindeki etkisi

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.

Situ Kızılötesi Spektroskopi ile Birleştiğinde Titrasyon Kullanarak Lewis Çiftleri Karakterize

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.

Twin-vida Karıştırma Reaktörde Biyokütle Kalıntılarının Hızlı Piroliz

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.

OrganoCat Prosesi kullanılarak Lignoselülozik Biyokütlenin Fraksiyonasyonu

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.

Olağandışı Akdeniz Lignoselülozik Kalıntılarından Ultra Hızlı Lignin Ekstraksiyonu

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

Faix Yöntemi: Potansiyometrik Titrasyon tarafından Bio-yağlar Karbonil Fonksiyonel Grupların belirlenmesi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Yağ Asitlerinin Tanımlanması içinde