Väitös: Lignoselluloosan komponenttien luonnehtiminen analyyttisellä pyrolyysi-kaasukromatografia- massaspektrometrialla

11.12.2017

VTT:n tutkija Taina Ohra-aho väittelee biotuotetekniikan alalta Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulussa 20.12.2017 klo 12. Väitöksen nimi on "Characterisation of Lignocellulose Components by Analytical Pyrolysis Gas Chromatography Mass Spectrometry"

Pyrolyysi-kaasukromatografia-massaspektrometrialla (Py-GC/MS) voidaan analysoida lignoselluloosamateriaaleja ilman tarvetta eristää niiden komponentteja. Pyrolyysituotteet antavat tietoa tutkittavan näytteen luonteesta ja alkuperästä. Tässä väitöskirjassa tutkittiin laajasti analyyttisen pyrolyysin soveltuvuutta ligniinin ja hiilihydraattien karakterisointiin erilaisista lignoselluloosamateriaaleista.

Pääasiallisena menetelmänä käytettiin isotermistä pyrolyysiä. Sen lisäksi hyödynnettiin termokemolyysi-, termodesorptio- ja fraktiopyrolyysitekniikoita, jotta voitiin paremmin ymmärtää muutoksia ligniinin rakenteessa ja hiilihydraattien koostumuksessa eri materiaaleissa ja prosesseissa. Pyrolyysissä hiilihydraatit muodostavat stabiileja anhydrosokereita, kun taas lehtipuun ligniini hajoaa sivuketjurakenteeltaan analogisiksi guajasyyli- ja syringyylityyppisiksi yhdisteiksi. Näiden pyrolyysituotteiden avulla voidaan lignoselluloosaraaka-aineista määrittää ligniinin koostumus ja syringyyli-guajasyylisuhde (S/G). Työssä saatujen tulosten perusteella Py-GC/MS-tekniikkaa ei kuitenkaan voida suositella hiilihydraattikoostumuksen vertaamiseen eri puulajien välillä.

Kemiallisten massojen Py-GC/MS antoi tietoa ligniinin pitoisuudesta ja rakenteesta ilman edeltävää ligniinin eristystä. Työssä havaittiin, että happea sisältävien ligniinin pyrolyysin hajoamistuotteiden väheneminen ja lyhyen sivuketjun omaavien rakenteiden lisääntyminen ovat yhteydessä keiton aikana tapahtuneeseen beta-eetterisidosten katkeamiseen. Vastaavasti lyhyen sivuketjun omaavien pyrolyysituotteiden väheneminen massaa valkaistaessa osoitti keittoprosessissa syntyneiden kemiallisten rakenteiden poistuvan ja natiivin kaltaisen ligniinin rikastuvan massan jäännösligniiniin.

Koska panimomäskillä on monimutkaisempi kemiallinen koostumus kuin puulla, sen ligniinin rakennetta luonnehdittiin sekä Py-GC/MS- että termokemolyysitekniikoilla. Termokemolyysin antamat tulokset osoittivat, että Py-GC/MS aliarvioi luonnollisten syringyylirakenteiden osuuden ja S/G-suhteen.

Termokemolyysiä sovellettiin myös erottamaan vapaat rasvahapot niiden estereistä käyttämällä TMAAc- ja TMAH-reagensseja. Tulokset osoittivat, että alkalista TMAH-reagenssia voidaan käyttää kokonaisrasvahappopitoisuuden määrittämiseen sekä alifaattisista että aromaattisista estereistä. TMAAc-reagenssia voidaan puolestaan käyttää erottamaan vapaat hapot ja alifaattiset esterit, mutta ei aromaattisia estereitä ja vapaita happoja.

Lisäksi kehitettiin termodesorptioon perustuva menetelmä ligniinistä haihtuvien haisevien orgaanisten yhdisteiden määrittämiseksi. Menetelmä soveltuu erilaisten ligniininäytteiden vertailuun lämpötiloissa, jotka ovat alle niiden termisen hajoamislämpötilan.

Väitös verkossa: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2017/S168.pdf

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00