FR3077883A1 - Procede d’analyse de glycerol total d’un echantillon de biodiesel base sur la detection par spectrophotometrie - Google Patents
Procede d’analyse de glycerol total d’un echantillon de biodiesel base sur la detection par spectrophotometrie Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'analyse d'un échantillon de biocarburant comprenant des esters méthyliques d'acides gras en vue de déterminer la teneur de glycérol total, caractérisé en ce que ; - on effectue l'extraction en phase solide du glycérol libre et des esters dérivés du glycérol à partir de l'échantillon de biodiesel dans une colonne contenant une phase stationnaire d'aminopropylsilane, on élue ensuite, d'une part, les esters méthyliques d'acides gras et, d'autre part, la phase contenant le glycérol libre et ses dérivés puis, - on sépare la phase contenant le glycérol et ses dérivés et on la mélange avec un kit enzymatique de façon à obtenir un composé coloré (CC) et, - on analyse ledit composé coloré en vue de mesurer la concentration en glycérol total.
Description
[0001] L’invention concerne un procédé d’analyse de glycérol total du biodiesel en vue d’optimiser la qualité de ces biocarburants.
[0002] Plus particulièrement, l’invention s’intéresse à un procédé d’analyse des dérivés du glycérol extraits du biodiesel par séparation en phase solide et une méthode permettant de déterminer la composition desdits polluants par spectroscopie.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0003] Les biocarburants, tels que le biodiesel, sont des esters méthyliques d’acides gras (EMAG) ou (FAMES) obtenus au moyen d’une trans-estérification à partir de la biomasse.
[0004] Les esters dérivés du glycérol que sont les mono-glycérides ou monoacylglycérol (MAG), les di-glycérides ou di-acylglycérols (DAG), les triglycérides ou triacylglycérols (TAG) et le glycérol libre (FG) sont les principaux polluants de ces biocarburants.
[0005] La présence de ces dérivés du glycérol dans le biodiesel altère ses propriétés combustibles et, outre les nuisances environnementales, ces polluants peuvent provoquer des dysfonctionnements des moteurs à combustion dans lesquels ce biocarburant est utilisé.
[0006] Dans ce contexte, il est apparu nécessaire de développer des procédés d’analyse de la composition des biocarburants et, notamment, du biodiesel en vue de déterminer la présence et la quantité de ces polluants.
[0007] Parmi ces procédés connus, le US8476075 décrit une méthode comprenant la séparation des polluants contenus dans un échantillon de biodiesel par chromatographie en couche mince puis l’analyse de la composition desdits polluants.
[0008] Le US20040137546 décrit une méthode pour déterminer la concentration en glycérol d’un échantillon de biodiesel par transformation enzymatique en un composé coloré qui est ensuite analysé par spectrophotométrie.
[0009] Le US7981680 décrit une méthode de détection des polluants dans un biocarburant par séparation des composants polaires et des composants apolaires au moyen d’un solvant puis analyse des composants par chromatographie gazeuse et spectrométrie de masse en vue de déterminer la teneur en polluants.
[0010] Par ailleurs, le US20080318763 décrit une méthode d’extraction des polluants adsorbés sur un catalyseur inorganique et leur conversion en intermédiaires réactionnels pour la synthèse de biocarburants.
[0011] Cependant, ces méthodes sont complexes et onéreuses car elles sont généralement mises en œuvre avec des équipements sophistiqués qui ne se trouvent qu’en laboratoire. Elles ne sont donc pas adaptées à une utilisation dans des petites unités telles que les stations à essence, ni a fortiori par des particuliers.
[0012] En outre, les méthodes précédentes sont destinées à l’analyse de biocarburants dans lesquels les teneurs en polluants sont relativement élevées ce qui n’est pas le cas des biodiesels du commerce qui sont déjà de bonne qualité.
EXPOSÉ DE L’INVENTION [0013] La présente invention a pour but de résoudre les problèmes techniques posés par l’art antérieur en proposant un procédé d’analyse d’un biodiesel permettant une identification simple et une mesure précise et aisée de faibles concentrations en polluants dérivés du glycérol en utilisant à la fois leurs différences de comportement chromatographique et de propriétés colorimétriques.
[0014] Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un procédé d’analyse d’un échantillon de biocarburant comprenant des esters méthyliques d’acides gras (EMAG) en vue de déterminer la teneur totale en polluants dérivés du glycérol (TG), caractérisé en ce que ;
- on effectue l’extraction en phase solide du glycérol et des esters dérivés du glycérol à partir de l’échantillon dans une colonne contenant une phase stationnaire d’aminopropylsilane (APS), on élue ensuite, d’une part, les esters méthyliques d’acides gras et, d’autre part, la phase contenant le glycérol libre et les esters dérivés du glycérol puis,
- on sépare la phase contenant le glycérol et ses dérivés et on la mélange avec un kit enzymatique de façon à obtenir un composé coloré (CC) et,
- on analyse ledit composé coloré en vue de mesurer la concentration totale (TG) en glycérol et ses dérivés.
[0015] Selon une première variante de mise en œuvre du procédé, on analyse le composé coloré (CC) par spectroscopie dans la plage de longueurs d’ondes UV-visible.
[0016] On analyse ce composé coloré (CC) par spectroscopie à 505 nm.
[0017] Selon une caractéristique avantageuse du procédé, on élue, d’une part, les esters méthyliques d’acides gras avec le solvant hexane et,-d’autre part, la phase contenant le glycérol libre et ses dérivés avec un solvant à base de chloroforme et de méthanol.
[0018] Selon une autre caractéristique, après la séparation de la phase contenant le glycérol et les esters dérivés du glycérol, on la sèche avec un flux d’azote.
[0019] Selon une autre caractéristique avantageuse, le kit enzymatique comprend des composants choisis dans le groupe constitué de lipase, de l’adénosine triphosphate (ATP), du glycérol kinase (GK), du glycérol phosphate oxydase (GPO), d’un accepteur d’oxygène et du 4-aminoantipirine (4-AAP).
[0020] Selon une autre caractéristique, le glycérol total comprend les monoacylglycérols (MAG), les di-acylglycérols (DAG), les tri-acylglycérols (TAG) et le glycérol libre (FG). La phase comprenant le glycérol total est diluée avec l’éthanol avant de la mélanger avec le kit enzymatique.
[0021] Selon encore une autre caractéristique, le kit enzymatique est apte et destiné à obtenir ;
- une première réaction (1) entre les esters dérivés du glycérol (MAG, DAG et TAG) qui, en présence de lipase, produit du glycérol et des acides gras,
- une seconde réaction (2) dans laquelle le glycérol total comprenant le glycérol libre et le glycérol produit par la première réaction et l’adénosine triphosphate (ATP), produit du glycérol-3-phosphate (G3P) et de l’adénosine di-phosphate (ADP) en présence de glycérol kinase (GK),
- une troisième réaction (3) en présence de glycerol-3-phosphate oxydase et d’oxygène, produit du di-hydroxy-acétone phosphate (DAP) et du peroxyde d’hydrogène (H2O2) puis,
- une quatrième réaction (4), en présence de peroxydase, d’un accepteur d’oxygène (OA) et de 4-aminoantipirine (4AAP), pour produire de l’eau et le dit composé coloré (CC).
[0022] Un autre objet de l’invention est une utilisation du procédé d’analyse défini ci-dessus pour l’analyse des polluants d’un biodiesel issu d’une trans-estérification à taux de conversion élevé.
[0023] Le procédé d’analyse de l’invention associe une étape préalable de séparation des polluants en phase solide avec une étape subséquente de spectrophotométrie.
[0024] Le procédé de l’invention peut être mis en œuvre de façon simple au moyen d’un kit enzymatique tel qu’un kit destiné à l’analyse du taux de triglycérides dans le sang, qui est rapidement et aisément disponible et dont le prix sur le marché est relativement bas.
[0025] Ainsi, le procédé de l’invention peut être utilisé aussi bien par les producteurs que les distributeurs de carburants et même par les consommateurs particuliers.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0026] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après.
Les figures IA et IB sont des vues schématiques, respectivement, des deux étapes d’un mode de mise en œuvre du procédé de l’invention.
La figure 2 est un graphique représentant la courbe de référence obtenue à partir de solutions standards de glycérol par spectrophotométrie à 505 nm.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION [0027] Naturellement, les modes de réalisation décrits ci-après ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux ces différents modes pour en proposer d'autres.
[0028] Les biocarburants, tels que le biodiesel, sont principalement des esters méthyliques d’acides gras (EMAG) ou (FAME) obtenus au moyen d’une transestérification à partir de la biomasse.
[0029] Ces biocarburants contiennent des dérivés du glycérol tels que les monoglycérides ou mono-acylglycérol (MAG), les di-glycérides ou di-acylglycérols (DAG), les triglycérides ou tri-acylglycérols (TAG) et le glycérol libre (FG).
[0030] Ces dérivés du glycérol sont les principaux polluants du biodiesel obtenu par trans-estérification.
[0031] En effet, la présence de ces dérivés du glycérol dans le biodiesel altère ses propriétés combustibles et, outre les nuisances environnementales, ces polluants peuvent provoquer des dysfonctionnements des moteurs à combustion dans lesquels ce biocarburant est utilisé.
[0032] L’invention vise à analyser de façon simple et aisée un échantillon déterminé d’un biocarburant comprenant des esters méthyliques d’acides gras (EMAG) et, en particulier, d’un biodiesel, en vue de déterminer la teneur de glycérol total (TG).
[0033] Dans cet objectif, le procédé de l’invention consiste d’abord à effectuer l’extraction en phase solide du glycérol et de ses dérivés (les esters dérivés du glycérol) en faisant passer un échantillon de biodiesel de 100 pl au travers d’une phase stationnaire solide comprenant 500 mg d’aminopropylsilane (APS) conditionnée avec 2 ml d’hexane, et disposée dans une colonne A, comme illustré par la figure IA.
[0034] Au cours de cette première étape et après séparation des deux phases, respectivement, de la phase Fl contenant les esters méthyliques d’acides gras (EMAG) et de la phase F2 contenant le glycérol et ses dérivés, on procède à leur élution.
[0035] L’ élution de la phase Fl des esters méthyliques d’acides gras est effectuée par ajout dans la colonne A de 3 ml d’hexane, de préférence, en trois passes.
[0036] L’ élution de la phase F2 contenant le glycérol et ses dérivés est effectuée en quatre passes de 2ml, quant à elle, par ajout d’un solvant à base de chloroforme et de méthanol dans un ratio de 2 :1.
[0037] On extrait de la colonne la phase F2 contenant les polluants glycérol et dérivés et on effectue son séchage au moyen d’un courant d’azote (N2).
[0038] Après, cette phase F2 est diluée avec 1ml d’éthanol et un volume de 40 pl de la solution de la phase F2 contenant des polluants est ensuite mélangée avec 4 ml d’un kit enzymatique commercialisé sous forme d’un tube à essai.
[0039] Le mélange est agité pendant environ 2 secondes puis laissé au repos pendant 10 minutes de façon à laisser les réactions chimiques se produire et obtenir un composé coloré (CC), comme illustré par la figure IB.
[0040] Ce composé coloré est disposé dans un spectrophotomètre SP avec lequel on mesure son degré d’absorption à la lumière (absorbance) à 505 nm.
[0041] Pour une plus grande fiabilité, les mesures d’absorption par spectroscopie sont reproduites trois fois pour un même échantillon afin de corroborer les résultats obtenus. Ces résultats sont ensuite comparés avec la courbe de référence (courbe de calibration) obtenue à partir de solutions standards de glycérol tirées de la loi de Lambert-Beer, comme illustré par la figure 2.
[0042] Le tableau 1 présente les concentrations de glycérol total (TG) mesurées selon le procédé de l’invention à partir d’échantillons de biodiesel de différentes origines.
| Origine du biodiesel | TG (% w/w) |
| Biodiesel de référence | 0,107 ± 0,0020 |
| Huile de friture | 0,0958 ± 0,0006 |
| Huile de soja | 0,0892 ± 0,0040 |
| Huile de maïs | 0,0632 ± 0,0015 |
| Huile de colza | 0,0886 ± 0,0027 |
| Huile de tournesol | 0,0903 ± 0,0003 |
Tableau 1 [0043] Ces résultats ont été comparés, comme présenté dans le tableau 2, avec ceux obtenus au moyen d’un procédé antérieur traditionnel qui utilise la technique de chromatographie en phase gazeuse (GC) et non une analyse spectroscopique, comme 5 dans le procédé de l’invention.
| Origine du biodiesel | Concentrations de glycérol total (TG) mesurées avec le procédé antérieur (GC) (% w/w) | Concentrations de glycérol total (TG) mesurées avec le procédé de l’invention (% w/w) |
| Biodiesel de référence | 0,1197 | 0,107 |
| Huile de friture | 0,0974 | 0,0958 |
| Huile de soja | 0,0920 | 0,0892 |
| Huile de maïs | 0,0649 | 0,0632 |
| Huile de colza | 0,0860 | 0,0886 |
| Huile de tournesol | 0,0890 | 0,0903 |
Tableau 2 [0044] L’ erreur relative dans l’analyse des teneurs en glycérol total (TG) effectuée, d’une part, par le procédé de l’invention comprenant une étape de réaction enzymatique et, d’autre part, par le procédé antérieur est comprise entre -10,6 % et 10 3,02 %.
[0045] Les résultats des mesures de la concentration de glycérol total (TG) effectuées avec le procédé de l’invention ont été comparés statistiquement par un test t dit de « Student » présenté sur le tableau 3 qui montre que ces résultats sont similaires à 95 % avec ceux obtenus par la chromatographie gazeuse (GC).
[0046] La figure 2 est une courbe de calibration faite à partir des solutions standard de glycérol. Dans ce cadre, il est possible de corréler la réponse analytique (l’absorbance) avec la teneur en glycérol. Les différents points représentent les différentes lectures pour une même concentration.
[0047] Le tableau 3 montre les résultats du test t de comparaison statistique des résultats obtenus par chromatographie gazeuse (GC) et par le procédé colorimétrique - enzymatique de l’invention.
| Méthode GC | Procédé de l’invention (colorimétrique - enzymatique) | |
| Moyenne | 0,0915 | 0,089017 |
| Variance | 0,000315 | 0,000208 |
| Observations | 6 | 6 |
| Corrélation de Pearson | 0,9646693 | |
| Hypothèse de la différence de moyenne | 0 | |
| Degré de liberté | 5 | |
| t calculé * | 1,1255818 | < I |
| P(T<t) unilatéral | 0,1557253 | |
| T critique unilatéral | 2,0150484 | |
| P(T<t) bilatéral | 0,3114505 | |
| t critique bilatéral * | 2,5705818 | < 1 |
Tableau 3 *Les flèches indiquent que le t calculé est plus bas que le t tabulé (t critique bilatéral), c’est-à-dire, que les essais sont statistiquement en corrélation.
Claims (8)
1. Procédé d'analyse d'un échantillon de biocarburant comprenant des esters méthyliques d’acides gras (EMAG) en vue de déterminer la teneur totale en polluants dérivés du glycérol (TG), caractérisé en ce que ;
- on effectue l’extraction en phase solide du glycérol et de ses dérivés à partir de l’échantillon dans une colonne (A) contenant une phase stationnaire d’aminopropylsilane (APS), on élue ensuite, d’une part, la phase (Fl) des esters méthyliques d’acides gras et, d'autre part, la phase (F2) contenant le glycérol libre et les esters dérivés du glycérol puis,
- on sépare la phase (F2) contenant le glycérol libre et ses dérivés et on la mélange avec un kit enzymatique de façon à obtenir un composé coloré (CC) et,
- on analyse ledit composé coloré en vue de mesurer la concentration de glycérol total (TG).
2. Procédé d’analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on analyse ledit composé coloré (CC) par spectroscopie à 505 nm.
3. Procédé d’analyse selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on élue, d’une part, la phase (Fl) des esters méthyliques d’acides gras avec le solvant hexane et, d’autre part, la phase (F2) contenant le glycérol et ses dérivés avec un solvant à base de chloroforme et de méthanol.
4. Procédé d’analyse selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’après sa séparation, on sèche la phase (F2) contenant le glycérol et ses dérivés par un flux d'azote (N2) qui avant d’être analysée par spectroscopie est diluée avec l’éthanol.
5. Procédé d’analyse selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le kit enzymatique comprend des composants choisis dans le groupe constitué de lipase, de de l’adénosine triphosphate (ATP), du glycérol kinase (GK), du glycérol phosphate oxydase (GPO), d’un accepteur d’oxygène et du 4aminoantipirine (4- AAP).
6. Procédé d’analyse selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le kit enzymatique est apte et destiné à obtenir ;
- une première réaction (1) entre les esters dérivés du glycérol (MAG, DAG et TAG) qui, en présence de lipase, produit du glycérol et des acides gras,
- une seconde réaction (2) entre le glycérol total et l’adénosine triphosphate (ATP) qui, en présence de glycérol kinase (GK), produit du glycérol-3-phosphate (G3P) et de l’adénosine di-phosphate [ADP],
- une troisième réaction (3) dans laquelle le glycérol-3-phosphate en présence de
5 glycerol-3-phosphate oxydase et d’oxygène, produit du di-hydroxy-acétone phosphate (DAP) et du peroxyde d’hydrogène (H2O2) puis,
- une quatrième réaction (4), en présence de peroxydase, d'un accepteur d’oxygène (OA) et de 4-aminoantipirine (4AAP), pour produire de l’eau et le dit composé coloré (CC).
10
7. Procédé d'analyse selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dérivés du glycérol sont les mono-acylglycérols (MAG), les diacylglycérols (DAG), les tri-acylglycérols (TAG) et le glycérol libre (FG).
8. Utilisation du procédé d’analyse selon l’une des revendications précédentes, pour l’analyse des polluants d’un biodiesel issu d'une trans-estérifîcation à taux de 15 conversion élevé.
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