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ELEM-SPOT专栏 | 创新技术助力生物质能源研究

发布时间:2025-08-18 阅读次数:429次

 

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能源,是人类社会发展的基石。传统能源面临日益严峻的挑战:能源安全、“双碳”目标等。生物质能源可有效应对能源安全、气候变化、实现可持续发展,具有广阔的发展前景,在政策支持、技术创新和多元化应用推动下,将成为能源转型的关键力量。

 

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2025年政府工作报告在“培育壮大新兴产业、未来产业”和“加快发展绿色低碳经济”等部分中,多次提及与生物质能源密切相关的政策方向。报告明确要求“建立未来产业投入增长机制,培育生物制造等未来产业”,其中“生物制造”作为生物质能源技术的重要载体,被列为重点发展领域。这为生物质能源在能源结构转型中的角色提供了政策支持。目前,可持续航空燃料、生物柴油等先进生物燃料研发、投资占比显著提升。

随着技术创新与突破,原料多元化(废木料、废秸秆、废油脂、藻类等)、转化效率提升、应用场景拓展,生物质能源在全球范围内受到越来越多的关注。与常规化石燃料不同,生物原料/燃料中可能含有对产品质量或生产加工过程造成不利影响的烃类混合物(特别是含氧、含氮等化合物)。分析工作者如何从复杂基质中有效筛查微量含氧、含氮等化合物面临着严峻挑战。

 

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岛津特色技术ELEM-SPOT有机物形态分析仪可实现复杂样品(生物质燃料、塑料裂解油等)中含氧/含氮化合物的高选择性和高灵敏度筛查分析。

 

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ELEM-SPOT有机物形态分析仪

 

ELEM-SPOT有机物形态分析仪由气相色谱质谱联用仪(GC-MS)与有机元素选择性燃烧装置(EL-30)组成,采用关键技术“可氧化化合物中氧的检测和定量方法”,为生物质能源研究提供强有力的分析技术支持。我们通过以下科研文章,带您了解ELEM-SPOT分析技术。

 

案例1

Univ.Oviedo/TotalEnergies/Univ.Pau科研人员采用ELEM-SPOT系统,通入氧同位素(18O2)在高温条件下对化合物进行氧化,最终实现复杂样品中微量含氧化物高效分析,该研究成果发表于《Analytical Chemistry》上。

 

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样品分析流程图

 

通过上图可以了解分析流程,样品首先通过气相色谱仪GC进行分离,之后进入燃烧装置高温氧化,最后到达质谱MS,采用选择离子监测(SIM)模式进行检测。通过采用氧同位素(18O2)作为氧化气体,可以快速筛查出氧化产物中氧是来自化合物还是氧化气体,从而实现痕量含氧化合物的高选择性分析。采用该方法对松木生物油样品进行检测,获得m/z 12 (A)和m/z16 (B)的质谱图,检测到的89个峰(A), 33个含氧化合物被筛查识别。

 

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松木生物油质谱图

 

案例2

Univ.Oviedo/TotalEnergies/Univ.Pau/ Unive.Messina等科研人员采用ELEM-SPOT系统获得了0.02 pg N检出限。通过分析标准物质,对该方法进行了验证,获得准确度(2%误差)和精确度(2% RSD)的结果。实验者在燃烧模式(GC-Comb-MS)分析实际样品生物质热解油,以验证其在复杂基质样品中的适用性。以N,N-二乙基苯胺作为内标,N-选择性(m/z 30,橙色线)和通用(m/z 44,黑色线)筛选,进行生物质热解油中含氮化合物分析,获得了很好的分析效果。

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GC-combustion-MS技术分析实际样品生物质热解油

 

案例3

Univ.Oviedo/TotalEnergies等科研人员创新提出了一种气相色谱检测技术(GC-combustion-MS),高温燃烧装置与GC-MS联用,该研究成果发表于《Chemical Communications》上。该系统能够灵敏、准确地分析复杂烃类样品中每个化合物中的 C、H、N和S元素,通过色谱图分析提供元素的总含量。系统标配六通阀,通过软件反控轻松实现GC-MS分析模式,进行样品谱库检索定性分析。

A样品含硫化合物谱图,B样品含氮化合物谱图,M/Z44(C:黑色)64(S:绿线)和30(N:橙线)

 

实验结果表明,该系统通过优化燃烧装置在不同温度和氧气流量条件下,能够对有机化合物中C、H、N和S元素进行快速、准确、高灵敏度检测,兼具广谱适用性、同时保持质谱的结构解析能力等特点,可广泛应用于石油化工、环境、废塑料回收利用等领域。

 

结束语

随着政策驱动,生物质能源在能源结构中的角色越来越重要,将成为能源转型的重要组成部分。ELEM-SPOT有机物形态分析仪为广大从事研究和开发生物质能源、化学回收利用等科研工作者提供微量含氧、含氮化合物快速、准确、高灵敏度检测手段,以创新分析技术为能源转型蓄势赋能。

如您对产品感兴趣,请联系岛津当地营业索取详细介绍资料。

 

参考文献1

文献题目:《Sensitive Detection and Quantification of Oxygenated Compounds in Complex Samples Using GC-Combustion-MS》

使用仪器:ELEM-SPOT有机物形态分析仪

文献作者:Javier García-Bellido, Montserrat Redondo-Velasco, Laura Freije-Carrelo, Gaëtan Burnens, Mariella Moldovan, Brice Bouyssiere, Pierre Giusti, Jorge Ruiz Encinar

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.4c01858?ref

参考文献2

文献题目:《Potential of GC-Combustion-MS as a Powerful and Versatile Nitrogen-Selective Detector in Gas Chromatography》

使用仪器:ELEM-SPOT有机物形态分析仪

文献作者:Javier García-Bellido, Laura Freije-Carrelo, Montserrat Redondo-Velasco, Marco Piparo, Mariosimone Zoccali, Luigi Mondello, Mariella Moldovan, Brice Bouyssiere, Pierre Giusti, and Jorge Ruiz Encinar

原文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c01943?ref

参考文献3

文献题目:《Quantitative multiplexed elemental (C, H, N and S) detection in complex mixtures using gas chromatography》

使用仪器:ELEM-SPOT有机物形态分析仪

文献作者:Laura Freije-Carrelo, Javier García-Bellido, Laura Alonso Sobrado, Mariella Moldovan, Brice Bouyssiere, Pierre Giusti, Jorge Ruiz Encinar

原文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cc/c9cc09842a

 

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