Идентификация компонентов озонированной пиролизной жидкости с использованием газовой хромато-масс-спектрометрии, ионной жидкости в качестве неподвижной фазы и машинного обучения

Аннотация

Одним из подходов к переработке пластиковых отходов является пиролиз. В зависимости от условий процесса пиролиз обычно приводит к образованию летучей жидкой фракции (пиролизная жидкость) и нелетучего твердого или смолистого осадка. Пиролиз с последующей переработкой жидкой фракции является предметом многочисленных исследований и используется на практике. Одним из возможных направлений исследований в области дальнейшей переработки пиролизной жидкости является озонирование (окисление озоно-воздушной смесью). После озонирования пиролизной жидкости полученная смесь содержит как смесь углеводородов, так и кислородсодержащие соединения.

Целью данной работы является идентификация компонентов смеси, образовавшейся в результате озонирования жидкой фракции, полученной посредством пиролиза пластика, методами газовой хромато-масс-спектрометрии и машинного обучения. Для этой цели впервые использована неподвижная фаза на основе ионной жидкости. Для отсечения ложных кандидатов при поиске по масс-спектральной базе данных впервые апробирована ранее предложенная модель для предсказания индексов удерживания на различных неподвижных фазах. Объектом исследования являлся образец, полученный озонированием пиролизной жидкости в течение длительного времени. Анализ образца проводили методом газовой хромато-масс-спектрометрии на приборе Shimadzu GCMS-TQ8040 (Shimadzu). Для анализа исследуемого образца использовали колонку на основе пиридиниевой ионной жидкости, обозначаемой Bis4MPyC6 (30 м, 0.22 мм×0.2 мкм). Для предсказания индексов удерживания использовали ранее опубликованный универсальный метод машинного обучения, который в качестве входных переменных использует индексы удерживания, предсказанные с помощью предварительно обученных нейронных сетей для стандартных полярных и неполярных фаз. Показано, что поиск масс-спектров по базе данных NIST дает некорректную идентификацию практически для всех соединений в исследуемой смеси. Предсказание индекса удерживания позволяет определить состав смеси.

Таким образом, в работе идентифицированы продукты пиролиза пластика с последующим озонированием посредством газовой хромато-масс-спектрометрии и машинного обучения. Установлено, что неподвижная фаза, на основе ионной жидкости Bis4MPyC6 позволяет удовлетворительно разделять как полярные, так и неполярные соединения, содержащиеся в анализируемой смеси.