Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2008 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.
Af Jens Glastrup og Daniel Maigaard
Biodiesel er i de sidste par år blevet et »varmt« emne i Danmark. De stigende dieselpriser og den globale opvarmning har betydet et øget fokus på alternative og flytbare energiformer. Desuden har en virksomhed som DAKA haft et betydeligt ressourceforbrug på affaldshåndtering af fedtstoffer som måske kunne anvendes til et bedre formål.
På DAKAs fabrik i Løsning er der for nylig opført en fabrik dedikeret til omdannelse af animalske fedtstoffer til biodiesel, og dette har til dels ført til løsning af det ovenfor omtalte affaldsproblem, og samtidig har det indtil videre ført til, at der kan produceres ca. 50.000 ton biodiesel pr. år.
Men hvad har det med kromatografi at gøre. Jo, biodiesel skal certificeres for at kunne sælges – hvem vil gerne have hældt en dårlig diesel på sin nye 500.000,-kr’s common rail diesel bil? – og en af de mere specielle standarder er EN 14.105, en noget krævende gaskromatografisk analyse som både skal kunne påvise glycerin, mono-, di- og triglycerider i samme analyse.
Da triglyceriderne samtidig har en molekylvægt over 700 vil en standard split/splitless injektor ikke kunne anvendes. Denne type injektor er kendt for at diskriminere molekyler med en kædelængde på over C35 – C40, hvilket på godt dansk betyder at de store molekyler ikke overføres lige så godt til kolonnen som de små molekyler. Følsomheden bliver derfor ringere og ringere jo større molekylerne bliver.
Standarden foreskriver desuden analyse af restkoncentrationen såvel mono- og diglycerider til et niveau på 0,8% for monoglycerider og 0,2% for di- og triglycerider. Opløsningen skal derfor være god i intervallet omkring monoglyceriderne, da der i samme tidsområde eluerer methylestre.
Udstyr til analysen
Løsningen på disse problemer findes på en sådan set konventionel gaskromatograf (Varian 3800GC) monteret med en lige så konventionel FID detektor idet denne har en god linearitet som passer godt til denne analyse (105). Kolonnen, derimod, skal kunne holde til 380°C, og her er valgt en stålkolonne som i dag kan deaktiveres mindst lige så godt som en almindelig kvarts kolonne og som kan holde til den høje temperaturbelastning, noget som de konventionelle kvarts kolonner har mere end svært ved, når først der er gået et par måneder.
Desuden er injektoren en On-column injektor (Varian 1093SPI) hvilket anvendes alt for lidt i dag, men som rigtig anvendt er alle andre injektorer overlegen, ingen diskrimination (men måske lidt mere vedligehold J), se i øvrigt figur 1.
Metoden i praksis
Og hvordan anvender man så denne, ja, det er hvad denne artikel forhåbentlig illustrerer. En On-column injektor hælder hele prøven ned i kolonnen, og derfor skal der udvises forsigtighed før den første prøve påsættes. Er injektoren for varm fordamper prøven for hurtigt, og da det ikke kan være der, ja, så sprøjter det bagud.
Med én injektion har man dermed fået forurenet hele sin injektor, hvilket jo ikke var meningen. Er injektoren derimod for kold, risikerer man en dårlig fokusering af prøven. Man starter derfor med RENT solvent, dette er det springende punkt i analysen. Sætter så sin autosampler på langsom injektion. Starter en serie af injektioner med 1-2 graders mellemrum begyndende ved en 20 til 25 grader under solventets kogepunkt. Igennem dette forløb ses en række mere eller mindre pæne solventtoppe, men ved en given temperatur ses pludselig kraftig solvent tailing, det er her solventet fordamper for hurtigt og altså bevæger sig bagud i injektoren, se figur 2. Grunden til dette er, at solventet nu er fordelt opstrøms i injektoren og derfor skal luftes ud igen ved hjælp af bæregassen. Den rigtige injektortemperatur for analysen, med det givne solvent (bemærk venligst at det ikke er analytterne som bestemmer), er derfor 2 grader under denne temperatur. I vores tilfælde var det 100 grader, og slutresultatet kan ses i figur 3 hvor det færdige kromatogram af en »virkelig« prøve illustrerer hvad vi ønskede. En god separation af alle vore komponenter, en fin lille glycerin og en nydelig og symmetrisk triolein, med en molekylvægt på 885,45 g/mol.
Figur 1. Verdens bedste On-column injektor, synes forfatterne. Udover selve injektorkroppen består denne kun af meget få dele. Et septum øverst (1) tillader almindelig injektion. Umiddelbart under dette er der en lille udfræset metal »prop« (2) som fordeler bæregassen, enten op mod et regulerbart exit for at purge urenheder fra septum bort fra kolonnen, eller ned i kolonnen. Kolonnen styres af en glasliner (3) som har en skævt placeret konstriktion. Hvis den vendes opad kan man lave ægte ”On-column” som i denne artikel. Vendes den nedad laver man i stedet en ”at-column” injektion hvor i det mindste nogle af eventuelle forureninger bliver aflejret i injektoren. Ved ”at-column” kan injectoren også bruges med kolonner ned til i hvert fald 0,15 mm i.d.
Figur 2. Injektortemperaturens betydning for prøvepåsætningen. En mindre serie af RENE solventinjektioner ved 86 (sort), 88 (rød) og 90°C (grøn) sammen med den optimale 100°C (blå) injektortemperatur for denne analyse.
Figur 3. Et egentligt kromatogram, dog kun med standarder for overblikkets skyld. Der er foretaget en derivatisering med MSTFA, et silyleringsreagens som derivatiserer hydroxygrupperne allerede ved stuetemperatur (detaljerne vil vi komme ind på i en følgende artikel). Injektortemperaturprofilen er angivet med grønt, kolonnetemperaturprofilen med rødt, hvor temperaturen til slut når op på 380°C. Glycerin eluerer ved ca. 5 min. triolein ved ca. 31 min.
