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
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Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti sotto contratto n DE-AC36-08GO28308 con il National Renewable Energy Laboratory. Il finanziamento fornito da US DOE Office of Energy Efficiency e le energie rinnovabili Ufficio Bioenergy Technologies. Il governo degli Stati Uniti mantiene e l&#39;editore, accettando l&#39;articolo per la pubblicazione, riconosce che il governo degli Stati Uniti mantiene il diritto non esclusivo, versato, irrevocabile, licenza mondiale di pubblicare o riprodurre il modulo pubblicato su quest&#39;opera, o permettere ad altri di farlo, a fini di governo degli Stati Uniti.

Attenzione: Si prega di rivedere tutte le schede di sicurezza materiale pertinente (MSDS) prima di iniziare. L&#39;etanolo è infiammabile. Tutte le procedure di manipolazione di sostanze chimiche applicabili devono essere seguite, così come tutte le procedure e getta e trattamento dei rifiuti applicabili. 1. Soluzioni reagenti <ol><li> Preparare la soluzione di idrossilammina cloridrato (Soluzione A): Aggiungere 7,7 g di cloridrato di idrossilammina e 50 mL di acqua deionizzata in un pallone tarato da 250 mL. Quando tutti i solidi si sono dissolti, portare a segnare con etanolo. Ciò si traduce in una soluzione di cloridrato di idrossilammina 0,55 M a 80% (v / v) etanolo. </li><li> Preparare la soluzione trietanolammina (soluzione B): Aggiungere 17.4 mL di trietanolammina in un pallone tarato da 250 ml. Aggiungere 10 ml di acqua, e poi diluito fino a volume con etanolo. 95% etanolo può essere utilizzato anche se l&#39;aggiunta di acqua viene saltata. Ciò si traduce in una soluzione 0,48 M trietanolammina nel 96% (v / v) etanolo </li><li> Preparare la acido cloridricosoluzione. In entrambi i casi l&#39;acquisto di 0,1 N soluzione o preparare utilizzando 10 mL concentrato HCl e 1 L di acqua. </li></ol> 2. bio-olio di campionamento e trattare <ol><li> Assicurarsi che il campione di olio è a temperatura ambiente prima di prelevare un campione. Completamente omogeneizzare (mix agitando energicamente per almeno 1 minuto, e ispezionare visivamente il campione per assicurarsi che sia omogenea. Alcuni bio-oli possono richiedere tempi più lunghi agitando) bio-olio per ottenere un campione rappresentativo. </li><li> Per il campione di bio-olio, utilizzare da 100 a 150 mg di bio-olio. </li><li> Ridurre al minimo l&#39;esposizione all&#39;ossigeno e al calore per prevenire il degrado del campione prima dell&#39;analisi. </li></ol> 3. Procedura analitica <ol><li> La standardizzazione della soluzione di base <ol><li> Lavaggio Na 2 CO 3 standard primario in stufa a 105 ° C durante la notte per garantire un campione secco. Consentire l&#39;Na 2 CO 3 raffreddare a temperatura ambiente prima della pesatura. </li><li> Pesare 100 a 150 mgdi carbonato di sodio in un recipiente di titolazione, registrare il peso effettivo, aggiungere un ancoretta e aggiungere acqua sufficiente a coprire il bulbo dell&#39;elettrodo pH e di giunzione. </li><li> Trasferire il campione in un recipiente di titolazione, lavando la fiala di reazione più volte separatamente con etanolo e acqua in proporzioni per ottenere una soluzione finale 80% di etanolo / acqua. Titolare con la soluzione acida utilizzando un titolatore automatico al punto finale. Registrare il punto finale. Il punto finale è definito come il punto di flesso della curva di titolazione. </li><li> Ripetere la procedura due volte per ottenere i tre punti. </li><li> Utilizzare il valore medio come la normalità della soluzione acida. </li></ol></li><li> Preparazione di Blanks titolazione <ol><li> Per Un Vuoto: aggiungere 0,5 mL dimetilsolfossido (DMSO) per un ml Fiala 5 con una palette di spin. </li><li> Aggiungere 2 mL di soluzione di cloridrato di idrossilammina (soluzione A). </li><li> Aggiungere 2 soluzione trietanolammina mL (soluzione B). </li><li> Cap ermeticamente, posto a caldo (80 ° C) di caloreblocco ER o bagno di acqua e mescolare per 2 ore. </li><li> Titolare con soluzione di acido utilizzando un titolatore automatico fino al punto finale, e registrare endpoint. </li><li> Per il Bianco B: Se l&#39;acido minerale è sospettato di essere presente nel campione, aggiungere 0,5 ml di DMSO a 5 ml flaconcino con una palette di spin. </li><li> Aggiungere 2 soluzione trietanolammina mL (soluzione B). </li><li> Cap ermeticamente e mescolare a 80 ° C per 2 ore. </li><li> Trasferire il campione in un recipiente di titolazione, lavando la fiala di reazione più volte separatamente con etanolo e acqua in proporzioni per ottenere una soluzione finale 80% di etanolo / acqua. Titolare con la soluzione acida utilizzando un titolatore automatico al punto finale. Registrare il punto finale. </li><li> Ripetere processo tre volte per ottenere i tre punti. </li></ol></li><li> La convalida del metodo su un carbonile Noto <ol><li> Pesare ~ 100 mg di 4- (benzilossi) benzaldeide (4-BBA) per un ml Fiala 5, registrare il peso effettivo, aggiungere una palette di spin. </li><li> Aggiungere 0,5 mL di DMSO. </li><li> Scioglierecampione in 2 mL di soluzione di idrossilammina cloridrato (soluzione A). </li><li> Aggiungere 2 soluzione trietanolammina mL (soluzione B). </li><li> Chiudere il coperchio ermeticamente e agitare a 80 ° C per 2 ore. </li><li> Trasferire il campione in un recipiente di titolazione, lavando la fiala di reazione più volte separatamente con etanolo e acqua in proporzioni per ottenere una soluzione finale 80% di etanolo / acqua. Titolare con la soluzione acida utilizzando un titolatore automatico al punto finale. Registrare il punto finale. </li><li> Ripetere il processo per tre volte, per ottenere tre punti. </li></ol></li><li> L&#39;analisi di bio-olio con il metodo <ol><li> Pesare quasi 100 mg di bio-olio per flaconcino da 5 ml, registrare il peso effettivo e aggiungere una banderuola giro. </li><li> Aggiungere 0,5 mL di DMSO. </li><li> Sciogliere il campione in 2 soluzione idrossilammina cloridrato mL (soluzione A). </li><li> Aggiungere 2 soluzione trietanolammina mL (soluzione B). </li><li> Chiudere il coperchio ermeticamente e agitare a 80 ° C per 2 ore. </li><li> esimo di trasferimentoe campione ad un recipiente di titolazione, lavando la fiala di reazione più volte separatamente con etanolo e acqua in proporzioni per ottenere una soluzione finale 80% di etanolo / acqua. Titolare con la soluzione acida utilizzando un titolatore automatico al punto finale. Registrare il punto finale. </li><li> Ripetere il processo per tre volte, per ottenere tre punti. </li><li> Blank C: Se l&#39;acido minerale è sospettato di essere presente nel campione, pesare vicino a 100 mg di bio-olio in un mL flacone 5, registrare il peso e aggiungere una banderuola giro. </li><li> Aggiungere 0,5 mL di DMSO. </li><li> Aggiungere 2 soluzione trietanolammina mL (soluzione B). </li><li> Cap ermeticamente e mescolare a 80 ° C per 2 ore. </li><li> Trasferire il campione in un recipiente di titolazione, lavando la fiala di reazione più volte separatamente con etanolo e acqua in proporzioni per ottenere una soluzione finale 80% di etanolo / acqua. Titolare con la soluzione acida utilizzando un titolatore automatico al punto finale. Registrare il punto finale. </li><li> Ripetere processo tre volte per ottenere i tre punti. </li></ol></li></ol> 4. Calcoli <ol><li> La standardizzazione della soluzione di base <ol><li> Calcolare la concentrazione della soluzione di acido (mol / L) utilizzando la seguente equazione. Il peso del carbonato di sodio secco in grammi è w 1, la purezza è scritto come una frazione (ad esempio, il 99% è 0,99), ed il computer è in mL. <img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq1.jpg" /></li></ol></li><li> La convalida del metodo su un carbonile Noto <ol><li> Calcolare la concentrazione di 4BBA (mol / L) nel campione usando la seguente equazione. Il peso del 4BBA in grammi è w 2, la purezza 4BBA è scritto come una frazione (ad esempio, il 99% è 0,99), la concentrazione della soluzione di acido (mol / L) è [acido], la trietanolammina / idrossilammina • HCl endpoint vuoto è EP BA (il valore medio di tre spazi vuoti, in mL), e il punto finale è EP (in mL). &lt;br /&gt; <img alt="Equazione 2" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq2.jpg" /></li></ol></li><li> Analisi di Bio-oil <ol><li> Calcolare la concentrazione di carbonili in bio-oli [CO] (mmol / g-bio olio) utilizzando la seguente equazione. Il peso del bio-olio in grammi è w 3, la concentrazione della soluzione di acido (mol / L) è [acido], la trietanolammina / idrossilammina • HCl endpoint vuoto è EP BA (il valore medio di tre sbozzati in mL) e il punto finale è EP (in mL). <img alt="Equazione 3" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq3.jpg" /></li></ol></li><li> correzione acid NOTA: La presenza di acidi minerali o acidi organici con pKa &lt;2 può causare valori artificialmente bassi carbonilici causa della reazione dell&#39;acido con trietanolammina. <ol><li> Se questo si sospetta, eseguire gli spazi vuoti descritti nelle sezioni 3.2.6 e 3.4.8. Il peso del bio-olio nel campione in grammi èw 3, EP è il punto finale del campione e PE BA è la trietanolammina / vuoto idrossilammina. EP BB è il punto finale di vuoto B, EP BC è punto finale di vuoto C e il peso (g) di olio usato in bianco C è w BC: <img alt="Equazione 4" src="/files/ftp_upload/55165/55165eq4.jpg" /> Per i campioni bio-olio che contengono acido acetico lo più, questo è un passo inutile. </li></ol></li></ol>

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	<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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Curve di titolazione rappresentativi sono mostrati nella Figura 2. Una titolazione, nonché una titolazione di un campione di olio di pirolisi, sono mostrate. Inoltre, la prima derivata della curva di titolazione (DPH / dV) è mostrato, che permette un facile riconoscimento del punto finale della titolazione. La tabella inserto nella figura 2 mostra i dati triplicato per sia olio di pirolisi e titolazioni bianco, con valori medi e deviazioni standard. I valori indicati endpoint (in mL) ...

Mentre pirolisi bio-oli sono costituiti da una grande varietà di composti e gruppi funzionali chimici, quantificazione dei gruppi carbonilici è particolarmente importante. Carbonili sono noti per essere responsabile per l&#39;instabilità del bio-olio durante sia stoccaggio 1 e elaborazione 2. Il metodo di titolazione qui presentata è una tecnica semplice che può misurare in modo affidabile il contenuto totale di carbonile di bio-oli. Solo i gruppi funzionali aldeidi e chetoni vengono quantificati utilizzando questo metodo; gruppi acidi e lattone carbossilici non sono quantificati. Per l&#39;analisi di bio-oli, la quantificazione dei gruppi carbonilici per titolazione è stata tradizionalmente realizzato con il metodo di Nicolaides 3. Questo metodo è stato comunemente utilizzato in letteratura bio-olio 4, 5, 6, 7. Questo è unprocedura in cui carbonili vengono convertiti al corrispondente ossima semplice (vedere Figura 1). La liberato HCl reagisce con piridina per forzare l&#39;equilibrio al completamento. L&#39;acido coniugato di piridina viene titolato con una quantità nota di NaOH (base titolante). Il numero di equivalenti di NaOH utilizzate è stechiometricamente equivalente alle moli di carbonilico presente nel bio-olio. Il metodo Nicolaides, tuttavia, ha diversi limiti. Si può richiedere tempi di reazione più di 48 ore per raggiungere il completamento. Questo limita fortemente la produttività del campione. Utilizza piridina, che è tossico. sono necessari pesi campione di 1 a 2 g. peso del campione utilizzato dipende dalla quantità di idrossilammina HCl presente e il contenuto carbonilico del campione. Se le stime iniziali del peso del campione utilizzato non sono corrette, la titolazione deve essere ripetuto. Faix et al. 8 ha sviluppato un metodo che è stato modificato here per affrontare i problemi del metodo Nicolaides. La reazione viene condotta a 80 ° C per 2 ore, aumentando così la produttività del campione. La piridina è stata sostituita con trietanolammina, che è una sostanza meno tossica. La dimensione del campione può essere ridotto a 100 a 150 mg. La trietanolammina consuma liberata HCl, guidando la reazione al completamento e la trietanolammina non consumato viene titolato direttamente. Una titolazione secondario del idrossilammina è inutile. Il confronto di questi metodi di titolazione ha dimostrato che il metodo Nicolaides sottostima significativamente il contenuto di carbonile di bio-oli 9. Il metodo qui descritto è stato modificato dal metodo originale 8 essere più applicabile all&#39;analisi di pirolisi bio-oli. Questo metodo è stato sviluppato per l&#39;analisi di greggio pirolisi bio-oli, ma è stata applicata con successo ad altri tipi di oli derivati ​​da biomassa e bioindicatori oli idrotrattati. Addizionale, questo metodo è stato utilizzato per monitorare i cambiamenti nel contenuto di carbonile sia durante l&#39;invecchiamento e l&#39;aggiornamento.

<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

composti carbonilici presenti in bio-oli sono noti per essere responsabile di proprietà cambia bio-olio su stoccaggio e durante l&#39;aggiornamento. In particolare, carbonili provocano un aumento della viscosità (spesso indicato come &#39;invecchiamento&#39;) durante la conservazione di bio-oli. Come tale, il contenuto di carbonile stato precedentemente utilizzato come metodo di monitoraggio invecchiamento bio-olio e reazioni di condensazione con minore variabilità di misure di viscosità. Inoltre, carbonili sono anche responsabili della formazione di coke in processi di upgrading bio-olio. Data l&#39;importanza dei carbonili in bio-oli, metodi analitici precisi per la loro quantificazione sono molto importanti per la comunità bio-olio. metodi di titolazione potenziometrica basati su carbonile oximation sono da tempo utilizzati per la determinazione del contenuto di carbonile a pirolisi bio-oli. Qui, presentiamo una modificazione delle tradizionali procedure carbonile oximation che si traduce in meno tempo di reazione, la dimensione del campione più piccolo, maggiore precisione, e più accdeterminazioni carbonile urato. Mentre i metodi tradizionali oximation carbonilici avvengono a temperatura ambiente, il metodo qui presentato Faix avviene ad una temperatura elevata di 80 ° C.

<html> Una tipica curva di titolazione è costituito da un singolo endpoint, come mostrato nella Figura 2. titolazioni tipici sia per un campione di bio-olio a crudo e una titolazione in bianco, sono mostrati. Come punto finale si trova nel punto di flesso della curva di titolazione; il punto finale può essere facilmente identificato tracciando la derivata prima della curva di titolazione (mostrata sull&#39;asse destra, DPH / dV, nella Figura 2). Molti s...

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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.

Determinazione del carbonile gruppi funzionali in Bio-oli da potenziometrica Titolazione: Il Metodo 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

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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).

Identificazione di acidi grassi a<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 ...

Ricerca

Biochimica

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.

Un Toolkit per permettere la conversione di idrocarburi in ambienti acquosi

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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.

Analizzando la foto-ossidazione di 2-propanolo a concentrazione a livello dell'aria interna mediante spettrometria di mobilità dello ione asimmetrica campo

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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.

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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.

Usando elettroforesi capillare per quantificare Acidi organici da tessuti vegetali: un banco di prova d&#39;esame<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Semi

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.

Estrazione della lignina con alto contenuto di β-O-4 da etanolo lieve estrazione ed il relativo effetto sul rendimento depolimerizzazione

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.

Caratterizzare le coppie lewis usando la titolazione accoppiata con la spettroscopia a infrarossi in Situ

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.

La pirolisi veloce di biomassa residui in un reattore bivite Mixing

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.

Frazionamento della Biomassa Lignocellulosica mediante il Processo 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.

Estrazione ultraveloce di Lignin da residui lignocellulosici mediterranei insoliti

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

Determinazione del carbonile gruppi funzionali in Bio-oli da potenziometrica Titolazione: Il Metodo Faix

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Identificazione di acidi grassi a