生物質(zhì)液體燃料研究測試解決方案（上）-特色技術(shù)應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2025-03-06 閱讀次數(shù)：259次
生物質(zhì)能源（Biomass energy），是指直接或間接通過植物的光合作用，將太陽能以化學(xué)能的形式貯存在生物質(zhì)體內(nèi)的一種能量形式，能夠作為能源而被利用的生物質(zhì)能則統(tǒng)稱為生物質(zhì)能源。其具有可再生性、碳中性、能源多樣化、廢物管理、經(jīng)濟(jì)與就業(yè)促進(jìn)、能源安全等多方面優(yōu)勢。生物質(zhì)能源在可持續(xù)發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型中具有重要潛力，是目前一個(gè)重要的科研熱點(diǎn)。
生物質(zhì)液體燃料是生物質(zhì)能源眾多種類中非常重要的一類，島津全面的分析檢測儀器可提供生物質(zhì)液體燃料研究中需要的分析檢測解決方案，生物質(zhì)前處理研究中，島津全自動(dòng)、多技術(shù)成像型X射線光電子能譜儀、原子力顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜儀、超快速三重四極桿液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀等儀器可提供表面狀況、前處理液中各關(guān)鍵組成成分分析。生物質(zhì)酶解/發(fā)酵降解研究中，島津MALDI-TOF質(zhì)譜儀可對(duì)酶解產(chǎn)物確認(rèn)提供幫助，超快速三重四極桿液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀可對(duì)酶代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性定量分析，有機(jī)酸分析系統(tǒng)、高效液相色譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、紫外分光光度計(jì)等色譜、光譜產(chǎn)品可對(duì)酶解產(chǎn)物相關(guān)成分進(jìn)行分析，有機(jī)物形態(tài)分析儀、氣相色譜質(zhì)譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀等產(chǎn)品可以為液體燃料生物質(zhì)乙醇、航空煤油、生物柴油等最終產(chǎn)品的主成分及雜質(zhì)檢測提供相關(guān)檢測方案。
生物質(zhì)液體燃料研究測試解決方案：
圖1 島津生物質(zhì)液體燃料研究解決方案圖
在本解決方案中，島津全自動(dòng)、多技術(shù)成像型X射線光電子能譜儀、原子力顯微鏡、有機(jī)物形態(tài)分析儀以及LCMSMS酶代謝數(shù)據(jù)庫是島津的特色產(chǎn)品。其在生物質(zhì)液體燃料研究測試中的典型應(yīng)用如下：
AXIS SUPRA+
島津全自動(dòng)、多技術(shù)成像型X射線光電子能譜儀
表面元素化學(xué)態(tài)測試
卓越的自動(dòng)化技術(shù)
高能量分辨/高靈敏度/高空間分辨
豐富的附件和聯(lián)用技術(shù)
特色應(yīng)用一：島津XPS應(yīng)用于生物質(zhì)纖維素等表面改性研究
生物質(zhì)納米纖維素膜經(jīng)改性處理后，對(duì)膜表面進(jìn)行XPS測試后， N 1s峰明顯出現(xiàn)，說明成功加入了含N官能團(tuán)。
納米纖維膜改性：
圖2 纖維素膜改性轉(zhuǎn)化圖
圖3 XPS測定纖維素膜改性前后N峰變化情況
SPM-Nanoa
原子力顯微鏡
表面形貌分析
自動(dòng)化
自動(dòng)光軸調(diào)整、自動(dòng)參數(shù)設(shè)置，操作簡單
可獲得8K高清晰圖像
特色應(yīng)用二：島津原子力顯微鏡SPM-9700HT應(yīng)用于纖維素成像檢測
原子力顯微鏡直接觀察纖維素，可觀測到椰子汁中的纖維素纖維和產(chǎn)生它們的木醋桿菌。
圖4 島津原子力顯微鏡SPM-9700觀察纖維素
原子力顯微鏡可見30-300nm不同粗細(xì)的纖維
圖5 島津原子力顯微鏡SPM-9700觀測纖維素纖維和木醋桿菌
可以清楚地看到這些只有幾十納米粗的纖維是如何相互交叉的
纖維素類的樣品因?yàn)椴粚?dǎo)電，所以在進(jìn)行SEM觀察時(shí)因?yàn)楹呻娦?yīng)很難清晰觀察。因此經(jīng)常會(huì)使用噴金等操作，但這樣又會(huì)破壞原本的表面形貌。SPM則沒有這種問題，無論是導(dǎo)電與否，都可以高分辨觀察三維圖像。
ELEM-SPOT
有機(jī)物形態(tài)分析儀
含氧/含氮化合物的高選擇性和高靈敏度篩查的分析系統(tǒng)
多重篩分
無縫至簡
技術(shù)多元
特色應(yīng)用三：島津特色有機(jī)物形態(tài)分析儀ELEM-SPOT系統(tǒng)分析木質(zhì)生物油
島津有機(jī)物形態(tài)分析儀ELEM-SPOT系統(tǒng)可以快速篩查HDT（加氫處理）木質(zhì)生物油中的含氧化合物，評(píng)估隨著時(shí)間推移催化劑性能變化水平。
圖6 島津ELEM-SPOT系統(tǒng)測定木質(zhì)生物油中苯酚、臨二苯酚、間二苯酚含量疊加圖
隨著催化劑的持續(xù)使用，催化劑性能逐漸下降，由ELEM-SPOT系統(tǒng)測試顯示酚類等含氧化合物的殘留量逐漸增加。
LCMS-8060RX
超快速三重四極桿液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀
酶解及代謝產(chǎn)物分析
出色的穩(wěn)健性和操作性
非凡的靈敏度和速度
自動(dòng)化工作流程
特色應(yīng)用四：島津LCMSMS測定半胱氨酸大腸桿菌培養(yǎng)過程中含硫代謝物的變化
在能源領(lǐng)域，微生物用于生物燃料生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)效率，仍需進(jìn)行基因改造，代謝組學(xué)為評(píng)估微生物代謝變化以及了解與目標(biāo)產(chǎn)物及其前體和中間體相關(guān)的代謝變化提供了有用工具。通過加深對(duì)材料生產(chǎn)中涉及的代謝途徑的理解，代謝組學(xué)有望實(shí)現(xiàn)更高效的材料生產(chǎn)。應(yīng)用采用液相色譜三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜（LCMSMS）進(jìn)行分析，在半胱氨酸合成過程中，當(dāng)添加硫代硫酸或硫酸作為硫源時(shí)，產(chǎn)半胱氨酸大腸桿菌培養(yǎng)過程中含硫代謝物的變化情況。
圖7 在含硫代硫酸鹽的培養(yǎng)基中培養(yǎng)后的大腸桿菌提取物的MRM色譜圖
使用離子配對(duì)法時(shí)檢測到的主要峰是氨基酸、輔酶和核酸相關(guān)化合物，使用非離子配對(duì)法時(shí)檢測到的主要峰是氨基酸、有機(jī)酸和核酸相關(guān)化合物。
圖8 在含硫代硫酸鹽或硫酸鹽的培養(yǎng)基中培養(yǎng)的大腸桿菌中含硫代謝物的變化
比較了在含硫代硫酸鹽或硫酸鹽的培養(yǎng)基中培養(yǎng)過程中與含硫代謝物（如半胱氨酸）相關(guān)的代謝物的面積比，使用不同的硫源會(huì)導(dǎo)致代謝物隨培養(yǎng)時(shí)間發(fā)生變化。在培養(yǎng)約六小時(shí)后，當(dāng)葡萄糖耗盡時(shí)，在含硫代硫酸鹽的培養(yǎng)基中，我們觀察到半胱氨酸（從七小時(shí)開始）減少，而代謝途徑上游的絲氨酸（在六小時(shí)時(shí)）增加。
本應(yīng)用中采用島津LCMS初級(jí)代謝物方法包與三重四極桿質(zhì)譜儀相結(jié)合，以評(píng)估對(duì)生物體至關(guān)重要的其他各種代謝物（如氨基酸、有機(jī)酸和核酸相關(guān)化合物）的變化情況。
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