Quantification of Volatiles from Technical Lignins ... - ACS Publications

University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Department of Chemistry, Institute for ... Renewable Resources, Guaiacol, Dimethyl d...
0 downloads 0 Views 926KB Size
Subscriber access provided by Stockholm University Library

Article

Quantification of Volatiles from Technical Lignins by MHS-SPME-GC-MS Matthias Guggenberger, Antje Potthast, Thomas Rosenau, and Stefan Böhmdorfer ACS Sustainable Chem. Eng., Just Accepted Manuscript • DOI: 10.1021/ acssuschemeng.9b00630 • Publication Date (Web): 26 Apr 2019 Downloaded from http://pubs.acs.org on April 27, 2019

Just Accepted “Just Accepted” manuscripts have been peer-reviewed and accepted for publication. They are posted online prior to technical editing, formatting for publication and author proofing. The American Chemical Society provides “Just Accepted” as a service to the research community to expedite the dissemination of scientific material as soon as possible after acceptance. “Just Accepted” manuscripts appear in full in PDF format accompanied by an HTML abstract. “Just Accepted” manuscripts have been fully peer reviewed, but should not be considered the official version of record. They are citable by the Digital Object Identifier (DOI®). “Just Accepted” is an optional service offered to authors. Therefore, the “Just Accepted” Web site may not include all articles that will be published in the journal. After a manuscript is technically edited and formatted, it will be removed from the “Just Accepted” Web site and published as an ASAP article. Note that technical editing may introduce minor changes to the manuscript text and/or graphics which could affect content, and all legal disclaimers and ethical guidelines that apply to the journal pertain. ACS cannot be held responsible for errors or consequences arising from the use of information contained in these “Just Accepted” manuscripts.

is published by the American Chemical Society. 1155 Sixteenth Street N.W., Washington, DC 20036 Published by American Chemical Society. Copyright © American Chemical Society. However, no copyright claim is made to original U.S. Government works, or works produced by employees of any Commonwealth realm Crown government in the course of their duties.

Page 1 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

 

Quantification of Volatiles from Technical Lignins by MHS‐SPME‐GC‐MS  Matthias Guggenberger,† Antje Potthast,† Thomas Rosenau,†,‡ Stefan Böhmdorfer†,*    †

 University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU), Department of Chemistry, Institute for  Chemistry of Renewable Resources, Konrad‐Lorenz Straße 24, 3430 Tulln, Austria  



 Johan Gadolin Process Chemistry Centre, Åbo Akademi University, Porthansgatan 3, Åbo/Turku FI‐20500,  Finland  *[email protected] 

  Abstract  Industrial lignins comprise a mixture of substances, including volatile, low‐molecular weight compounds.  In material applications of lignins, these volatiles contribute to the malodor of the finished product. We  developed a method based on SPME‐GC‐MS to assay qualitatively and quantitatively the volatiles emitted  from lignin samples. Substances were identified by mass spectra and retention indices, while quantitation  was achieved by multiple headspace sampling (MHS). Guaiacol and dimethyl disulfide were calibrated as  representative compounds for the most prominent substance classes. The method was validated and gave  good  recovery  –  ranging  from  89  to  123%  for  dimethyl  disulfide  and  90  to  105%  for  guaiacol  –  a  measurement range of several dozen nanogram to few microgram, which can be extended by adjusting  the sample amount, and limits of detection of 86 ng for dimethyl disulfide and 25 ng for guaiacol. Sample  preparation is limited to weighing of the sample into a headspace vial and requires no consumables or  auxiliaries.  The  entire  analytical  workflow  was  automatized,  including  the  necessary  data  evaluation,  which combines the outcome of repeated analyses of the same sample. The concentrations of guaiacol in  four  representative  lignin  samples  ranged  from  0.4  ppm  to  1200  ppm,  while  dimethyl  disulfide  was  detected only in a single sample.   

Keywords  Multiple  Headspace  Solid‐Phase  Microextraction,  Volatiles,  Quantification,  Lignin,  Lignosulfonate,  Renewable Resources, Guaiacol, Dimethyl disulfide   

Introduction  Lignin is one of the most abundant biogenic polymers. It is found in vascular plants and is derived from  monolignols  –  a  set  of  differently  substituted  hydroxycinnamyl  alcohols  –  via  random  radical  polymerization.1 Technical lignins are produced on a megaton scale by the pulp and paper industry. They  offer a two‐fold benefit as raw material: 1) there is a major economic benefit in using technical lignins for  higher value, material applications; 2) as renewable, plant‐based raw materials they inherently reduce the  emission of fossil carbon dioxide.2,3 One caveat in the development of lignin applications is its odor, which  is caused by small molecules originating from the actual lignin polymer – e.g. guaiacol – and from pulping  chemicals (e.g. dimethyl disulfide ‐ DMDS).4  Page 1 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 2 of 17

  Nevertheless,  literature  on  this  topic  is  scarce,  so  that  the  picture  on  volatile  substances  released  by  technical lignins is still incomplete. One of the earliest publications solely dedicated to lignin volatiles was  elaborated in 2008.5 Therein, Rocha et al. report the identification of volatiles from dioxane and organosolv  lignins  as  well  as  their  discrimination  by  means  of  their  corresponding  volatile  profiles  only.  The  identification  was  based  on  SPME‐GC‐MS  (solid‐phase  microextraction‐gas  chromatography‐mass  spectrometry) and the discrimination was based mainly on the use of a proprietory aroma sensing system  combined  with  principle  component  analysis  (PCA).  Although  a  first  description  of  lignin  volatiles  was  achieved, no absolute quantitative results were presented. Another publication, which mainly dealt with  the effect of enzymatic treatments on the odor profile of kraft lignins, also reported quantitative results  for guaiacol, a well‐known lignin volatile.4 These were measured via thermodesorption (TD) at elevated  temperatures  (150°C  and  190°C)  coupled  to  GC‐MS,  whereby  quantification  was  achieved  by  external  calibration.  As  the  focus  of  this  work  was  centered  on  lignin  treatments,  not  many  details  of  the  quantitative analysis were shown. Moreover, an influence of matrix effects on the described approach  might be present.  A study on patterns of volatiles at even higher temperature was conducted by Voeller  et al. Thermal carbon analysis in combination with thermodesorption‐pyrolysis‐GC‐MS (TD‐Py‐GC‐MS) was  used  to  examine  compounds  evolving  at  temperatures  from  200°C  up  to  more  than  800°C.  At  these  temperatures, lignin degradation adds phenolic dimers and oligomers to the group of emitted substances.6  Kouisni  quantified  kraft  lignin  sulfur  volatiles  via  external  calibration.  This  approach  was  based  on  headspace  sampling  and  GC  with  a  sulfur  specific  detector.  Also  here,  not  many  details  on  the  quantification  protocol  were  mentioned.7  Volatiles  released  from  soda  lignin  and  a  blend  thereof  with  polyamide  were  investigated  with  TD‐GC‐MS.8  One  analyte,  namely  formaldehyde,  was  quantified  by  derivatisation followed by HPLC analysis. Here only the amounts of formaldehyde were given in absolute  numbers; all GC‐MS derived values were expressed as toluene equivalents.   As the examples above show, the analysis of lignin volatiles has been tackled from different directions.  However, none thereof present a generally applicable method for absolute quantification of these volatile  substances. With our work, we try to fill this gap and provide a reliable and facile method for the absolute  quantification of a variety of lignin volatiles. The heart of this approach is SPME‐GC‐MS together with a  special sampling scheme called multiple headspace extraction (MHE). This combination is also known as  multiple headspace sampling ‐ solid‐phase microextraction (MHS‐SPME).9 The basic concept underlying  MHE and therefore also MHS‐SPME is that by repeatedly analyzing one sample under fixed conditions, the  analyte  is removed repeatedly and  depleted  resulting in  an exponential decrease of the analyte  signal  area. This decrease can be described by the following equation:  𝐴

𝐴 ∙𝑒



1  

  with 𝐴 , the area of the analyte signal after the 𝑖 th extraction, 𝐴 , the area of the analyte signal after the  first extraction and the constant 𝑞′, which does not have a tangible physical meaning.10 According to that,  infinitely many extraction steps would exhaustively extract all the analyte from the sample and summation  of  all  areas, 𝐴 ,  will  lead  to  a  total  area, 𝐴 ,  relating  to  the  total  amount  of  analyte  in  the  sample.  Fortunately, the sum of 𝐴  is in the form of a geometric progression that converges to a limit. Hence 𝐴   can be inferred by calculation:  𝐴

𝐴

𝐴 1

𝑒

Page 2 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

2  

Page 3 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

  The only unknown parameter of this equation, 𝑞′, is obtained by linear regression. To this end, the natural  logarithms of measured 𝐴  values are plotted against 𝑖 1 and fitted according to:    ln 𝐴

𝑞 ∙ 𝑖

1

ln 𝐴

3  

  whereby the slope of the regression line corresponds to 𝑞′. From this value together with 𝐴  the total area  can be calculated and correlated to the actual sample amount via a conventional calibration curve. 9,10  Although this procedure may seem complicated and tedious, it has a big advantage: due to the fact that  the total amount of analyte is measured via its stepwise depletion, matrix effects that might interfere with  equilibration in the headspace are compensated.9,10 Furthermore, it was shown that MHS‐SPME is even  applicable  in  situations  where  equilibrium  has  not  been  reached,  as  long  as  all  the  measurement  parameters are kept constant throughout the extractions.9,11 Since matrix effects are overcome by MHS‐ SPME, it is predestined for samples with volatiles in complex matrices that are unsuited for the standard  addition technique. This is true for many solid samples. Examples for such samples that have already been  analyzed  by  MHS‐SPME  are  soil,12  polyamide,13  cork  stoppers,14  rosemary  extract,15  sausages,16  tomatoes,17 mushrooms,18,19 spices20 and ink on paper21. The following paragraphs give a detailed picture  on the method itself as well as on its development. Guaiacol and DMDS, two known lignin volatiles4,7 were  selected for the analysis of four representative technical lignins in order to illustrate the workings of the  analysis method.    

Materials and Methods   

Sources and Purities of the Used Chemicals 

Ethyl acetate, analytical grade, from Merck (Darmstadt, Germany); dimethyl disulfide (DMDS), ≥99%, from  Sigma Aldrich (St. Louis, Missouri, U.S.A.); glycerol, analytical grade, from Sigma Aldrich (St. Louis, Missouri,  U.S.A.); guaiacol, 98%, from ABCR (Karlsruhe, Germany); iso‐propanol, HPLC grade, from Roth (Karlsruhe,  Germany).  All chemicals were used without any further purification.   

 

Standard Solutions and Samples  

Calibration and validation standards were prepared by dissolving 50 mg of the pure substance (guaiacol or  DMDS)  in  5 g  of  glycerol.  50 mg  of  this  stock  solution  were  diluted  with  10 g  of  glycerol  to  obtain  the  working solution. As MHS‐SPME measures not the concentration but the total amount of analyte in the  sample, the calibration was done by weighing different amounts of working solution (typically between 1  and 100 mg) into 10 mL headspace vials with magnetic screw caps and septum (silicone/PTFE; thickness:  1.0 mm) and subsequently analyzing them.  Lignin  samples  were  prepared  similarly  by  weighing  the  desired  amount  of  lignin  powder  into  the  headspace vial.   In this  study,  four different  technical  lignins  were examined:  Commercial Indulin  kraft lignin (sample  I,  stored at ambient conditions for three years in its original paper bag) another technical kraft lignin (sample  Page 3 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

  II,  stored  for  a  few  month  in  a  closed  plastic  container  in  the  refrigerator),  a  commercial  ammonium  lignosulfonate (sample III, in ambient storage for a few years), and a beech organosolv lignin (sample IV,  in ambient storage for a few years).   

 

GC‐MS Conditions 

GC‐MS measurements were carried out with an Agilent 7890B GC system coupled to a 5977A quadrupole  MS Detector. The GC was equipped with two inlets, a multimode inlet connected to a short (around 20  cm)  and  plugged  piece  of  fused  silica  tubing  protruding  into  the  GC  oven,  and  a  split/splitless  inlet  connected to  an  Agilent J&W VF  Wax  GC  column  (30 m  long;  inner diameter:  0.25 mm;  film  thickness:  0.25 µm, Santa Clara, California, U.S.A). Straight SPME liners from Agilent (0.75 mm inner diameter) were  used in both inlets. The multimode inlet was held constant at the conditioning temperature (300°C for  carboxene  polydimethylsilane  (PDMS)  fibers).  It  was  used  to  condition  SPME  fibers  directly  before  a  measurement  series.  The  split/splitless  inlet  was  operated  at  280°C  in  splitless  mode  with  3 mL min‐1  septum purge flow. Desorption of the fiber was performed for 1.5 min in this inlet. After that, the fiber  was kept in the split/splitless inlet for further 13.5 min with the split vent opened in order to clean the  fiber for the next measurement.  The GC was operated with helium at 0.9 mL min‐1. During a measurement, the GC oven was kept at 40°C  for 1 min, followed by a ramp to 240°C at 10°C min‐1. The final temperature (240°C) was held for 4 min.  The column effluent was transferred to the MS detector at 280°C. The ion source (electron impact, 70 eV)  was  kept  at  230°C,  while  the  mass  analyser  was  set  to  150°C.  It  was  operated  simultaneously  in  SIM  (79 m/z;  94 m/z;  95 m/z;  124 m/z;  125 m/z)  and  Scan  mode  in  order  to  get  the  full  chromatogram  in  addition  to  characteristic  selected  ions  corresponding  to  the  desired  volatiles.  The  mass  range  in  scan  mode was 29‐450 m/z.  The  entire  GC‐MS  system  was  controlled  with  MassHunter  (B.07.02.1938)  from  Agilent  (Santa  Clara,  California, U.S.A).   

 

MHS‐SPME Conditions 

Sample handling and SPME manipulation was performed with a CombiPAL autosampler (CTC Analytics AG)  mounted onto the GC‐MS system. It was equipped with two sample trays, and a heatable agitator. The  software  tool  Chronos  (4.3.1.3837,  Axel  Semrau®,  Sprockhövel,  Germany)  was  used  to  control  the  autosampler and initialize GC‐MS runs. SPME fibers (fiber length: 10 mm, needle outer diameter: 23 and  24 ga equivalent to 0.64 mm and 0.57 mm respectively) and holders were obtained from Supelco (St. Louis,  Missouri,  U.S.A.).  Right  before  use,  the  fibers  were  conditioned  according  to  the  supplier’s  recommendations.  MHS‐SPME measurements were carried out as follows: 10 mL headspace vials containing the sample were  equilibrated at 40°C in the agitator (500 rpm) for 5 min. Then the fiber was placed in the vial for 30 min to  extract the volatiles. This corresponded to the GC run time and ensured the removal of a sufficiently high  amount of analytes from the sample to effect a decrease in peak area from one extraction step to the next,  allowing a meaningful fit in the determination of 𝐴 . The extraction step was done in the heated agitator,  however without shaking. Directly after extraction the fiber was desorbed in the split/splitless inlet and  the GC‐MS analysis conducted as described in the previous section. Up to seven consecutive extraction  steps were conducted for each sample. For calibration, validation, and final sample analysis five extractions  Page 4 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

Page 4 of 17

Page 5 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

  were  performed.  Between  two  samples  a  blank  vial,  containing  either  just  air  or  a  quantity  (typically  100 mg) of neat solvent in the case of calibration solutions, was extracted and measured once. 

 

Data Processing 

Chromatograms  were  examined  with  Chemstation  (F.01.01.2317,  Santa  Clara,  California,  USA)  and  OpenChrom (1.2.0 – Alder, Lablicate GmbH, Hamburg, Germany). Volatile compounds were identified via  comparison with the NIST11 MS spectra library. For confirmation, retention indices calculated following  the  recommendations  of  the  IUPAC  gold  book  were  compared  to  those  provided  on  the  Pubchem  website.22,23  For quantification, the data was automatically processed with Origin (Origin 2018, OriginLab Corporation,  Northampton, Massachusetts, U.S.A.) with a custom Origin C script. First, the spectra were exported from  Chemstation in the AIA/ANDI format. Then, all chromatograms of one sample were identified and sorted  into folders. For each chromatogram of one sample, a single ion trace of the desired mass to charge ratio  (guaiacol: 81 m/z ±0.2 m/z; DMDS: 79 m/z ±0.2 m/z or 94 m/z ±0.2 m/z) was extracted from the full scan  chromatograms. Next, peak areas were determined by integrating the single ion traces within a predefined  retention time interval (guaiacol: 13.7‐14.0 min; DMDS: 3.8‐4.9 min). The natural logarithms of these peak  areas  were  then  fitted  linearily  and  subsequently  the  total  area, 𝐴 ,  was  calculated  according  to  the  formula stated in the introduction.  Finally, the total areas were used to calculate with a spreadsheet the amount of analyte present in the  sample using an external calibration.   

 

Validation  

Validation was performed according to ICH guidelines.24 The actual validation process involved measuring  glycerol  solutions  with  known  amount  of  neat  analytes  (see  Standard  Solutions  and  Samples).  GC‐MS  analysis and data processing was carried out as described in previous sections. For guaiacol, three sample  series  of  five  different  analyte  levels  in  triplicate  were  measured.  For  DMDS  two  sample  series  of  five  different  analyte  levels  in  triplicate  were  analysed.  Measurements  were  conducted  in  random  order.  Random numbers generated by www.random.org were used for randomization.25  The resulting total areas were used to test the linear relationship of the total area and weighed analyte  amount by the F‐test at a confidence level of 95%. Further, recoveries were determined individually for  each calibration level by calculating the measured amounts of analyte at one analyte level by using the  remaining results of the series for calibration.   Limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) were calculated according to the signal‐to noise  approach. To render this method applicable to MHS‐SPME, it was assumed that for an analyte present in  a  very  small  amount,  one  extraction  would  be  sufficient  to  extract  it  completelyfrom  the  sample.  The  integral  of  the  single  analyte  peak  would  then  represent  the  total  area  which  is  used  to  calculate  the  analyte’s  amount  via  a  calibration  curve.  Hence,  together  with  the  ICH  definition  that  LOD  refers  to  a  signal‐to‐noise ratio (SNR) of 3:1 and LOQ to a SNR of 10:124, one can define the areas to calculate LOD  and LOQ as follows:   𝐴

𝐿𝑂𝐷

𝐴

⋅3

4  

𝐴

𝐿𝑂𝑄

𝐴

⋅ 10

5  

Page 5 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 6 of 17

    𝐴 𝐿𝑂𝐷  and 𝐴 𝐿𝑂𝑄  are the total areas of the LOD and the LOQ, respectively, and 𝐴  is the area  obtained  from  blank  samples  (n=31;  one  blank  sample  contained  100 mg  of  neat  glycerol)  using  the  selected  ions  (guaiacol:  81 m/z;  DMDS:  94 m/z)  and  integration  parameters  (guaiacol:  13.7‐14.0 min;  DMDS: 3.8‐4.9 min) of a specific analyte. These total areas are then converted to LOD and LOQ amounts  using the established calibration.24  The  statistical  analysis  was  aided  with  the  NeoLiCy®  software  suite  (NeoLiCy®  version  2.1.3.0;  QuAnalChem).   

Results and Discussion  The method was developed with the aim to analyze and quantify volatiles emerging from lignin. GC is the  most appropriate chromatographic method for volatile compounds. The first step in method development  was to identify a sampling system that would transfer the volatiles, which are evidently present in the gas  phase into the GC for analysis. First experiments made use of headspace (HS) sampling, an approach that  transfers  the  gas  volume  over  the  sample  directly  into  the  GC.  However  only  under  rather  harsh  equilibration  conditions  (80°C)  some  volatiles  could  be  detected,  albeit  with  a  very  low  sensitivity.  Therefore SPME, a technique which adsorbs and thus concentrates the analytes onto a fiber, was tested.  This improved sensitivity and increased peak intensity by several orders of magnitude; with SPME sampling  several  signals  were  detected  that  were  not  observable  with  HS  sampling  (see  Figure  1).  Additionally,  equilibration  at  elevated  temperatures  was  not  necessary  for  SPME‐GC‐MS.  Consequently,  SPME  was  chosen as the basis for all further development steps. 

  Figure 1: Comparison of chromatograms resulting from HS‐GC‐MS (plot A) and SPME‐GC‐MS (plot B) of  samples containing sample I (mA= 0.503 g; mB= 2.014 g). HS‐GC‐MS was carried out on an Agilent 6890N  GC with a 5975B MS detector and a 7697A headspace sampler. For separation, an HP‐5ms column was  used  (length:  30 m;  inner  diameter:  0.25 mm;  film  thickness:  25 µm).  Headspace  samples  (1  mL)  were  introduced to the inlet in splitless mode after 5 min of equilibration at 80°C. SPME‐GC‐MS was performed  as  described  in  the  Material  and  Methods,  with  a  30 min  extraction  period  at  room  temperature.  The  chromatograms were scaled according to the amount of sample. Note the different scales of the Y‐axes.  Page 6 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

Page 7 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

   

 

Fiber Selection 

Next, the SPME fiber coating which would extract the most compounds was selected by testing different  fiber materials on the same lignin sample. For this sample, a high amount of lignin was used (2.014 g) in  order to keep the amount of volatiles close to saturation over several measurements. As can be seen from  Figure 2, all polydimethylsiloxane (PDMS) containing fibers perform satisfactory. Compared to the other  fiber types they yield more peaks at higher intensities. For our purposes, carboxene‐PDMS fibers were  chosen, as they gave the highest abundance of peaks, predominantly in the region of low molecular weight  volatiles (i.e.: early in the chromatogram).  Two substances were always present regardless of the fiber used: acetic acid at 9.7 min and guaiacol at  14.7 min. Guaiacol is a typical decomposition product of lignin’s polyphenolic structure4, and can  therefore be expected to prevail in most lignin samples. It is more suitable for GC analysis than acetic  acid, which is also reflected in the two compounds’ peak shapes (see Figure S1). Guaiacol was therefore  selected for quantitation. The quantitative analysis of one compound establishes a reference that can be  used to quantify all other components by GC‐FID (flame ionization detection) without additional  calibrations if two prerequisites are met: the component must contain carbon to be detectable by FID,  and it must be identified to calculate a response factor relative to guaiacol, in our case by MS and  retention indices.26,27 Additionally, a quantification for DMDS was established to investigate the  suitability of the method for molecules that have a high sulfur content, which can readily arise from kraft  lignins.4,7 

Page 7 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

 

Figure 2: Comparison of the performance of different SPME fiber materials. The sample was Indulin kraft  lignin (2.014 g). Extraction at room temperature was performed for 30 min. Peaks marked with an  asterisk do not originate from the sample but from the fiber.     

 

MHE‐SPME: Initial Trials 

Using sample II – the technical kraft lignin – analyses were performed to verify the suitability of MHE for  lignin  samples.  As  predicted  by  theory,  chromatographic  peaks  decreased  with  successive  extractions  confirming the adequacy of the chosen extraction time, and the decline of peak areas showed the desired  exponential  behavior:  the ln 𝐴  versus 𝑖 1 plot  behaved  as  expected  and  could  be  fitted  very  well  0.9930 for the guaiacol peak of Figure 3). Linearity of this graph is a prerequisite to calculate  linearly (𝑅 the total area of a component reliably.28 In addition to that, it was found that extraction at controlled  temperatures as well as a short equilibration before SPME‐extraction was necessary to prevent influences  by fluctuations in ambient temperature. 

Page 8 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

Page 8 of 17

Page 9 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

 

  Figure 3: MHE analysis of a technical kraft lignin (sample II; m= 5.6 mg). A: Selected ion chromatograms of  the guaiacol peak (81 m/z) of seven successive extractions. B: The corresponding integrated peak areas,  𝐴 , which decay in an exponential fashion during the course of the extractions, 𝑖. C: The natural logarithms  of  the  peak  areas,  ln 𝐴 ,  versus  extraction  number  𝑖 1  as  well  as  the  resulting  linear  regression  (ln 𝐴 0.9930).  This  slope  is  used  together  with  the  0.633 ⋅ 𝑖 1 23.211;  dashed  line; 𝑅 peak area of the first extraction, 𝐴 , to calculate the Total Area, 𝐴 , using Equation 2.   

 

Sample Amount 

The amount of sample used for one set of extractions is an important parameter in MHE. While using too  little  obviously  results  in  too  low  signals  for  reliable  analysis  (see  Figure  4B),  too  much  sample  is  also  detrimental. The detected MS signal must be in the linear, non‐saturated range to determine meaningful  peak areas. To prevent saturation, a single ion was chosen as the basis for integration and not the total  ion current. While this ion (for example 81 m/z for guaiacol) was selected to have a high intensity, it was  not necessarily the base peak in the molecule’s spectrum (109 m/z for guaiacol), as illustrated in Figure S2.  Furthermore, we observed that for some samples too much material in the vial resulted in fluctuating peak  areas during the extraction steps. The reason for that might be saturation of the fiber by other volatiles  present in the sample’s headspace.28 This caused a non‐exponential decay that could not be fitted linearly,  which  in  turn  prohibited  the  calculation  of  a  total  area  for  those  samples  (Figure  S3).  To  avoid  these  phenomena, sample masses of 15 mg for sample II and 100 mg for glycerol standards were not exceeded.  Samples I and III allowed up to 1 g of sample mass. Masses up to 200 mg were applicable to sample IV.   

 

Impact of the Number of Extractions 

The necessary number of measurements for a single sample has a substantial impact on the analysis time  per sample. Thus, we performed a set of experiments to determine the number of extractions cycles that  is  needed  for  reliable  quantitation,  and  to  clarify  the  influence  of  the  extraction  number  on  the  final  results. Comparable amounts of guaiacol and DMDS standards (around 2 µg) were measured with seven  extractions,  and  the  obtained  datasets  were  processed  repeatedly,  adding  different  numbers  of  extractions  to  the  linear  fit.  Two  different  scenarios  were  observed  (denoted  A  for  guaiacol  and  B  for  DMDS, see Figure 4). As can be seen from the obtained chromatographic peaks (top row), A is not extracted  exhaustively, while compound B is depleted already with the third of five extractions. The linear fits of  compound A are consistent, while they deviate substantially for compound B with increasing number of  extractions  included  in  the  fit  (middle  row).  The  mean  deviation  from  the  actual  analyte  amount  was  Page 9 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 10 of 17

  calculated from three repeated measurements per analyte. As a consequence, the amounts calculated  from these fits have a lower measurement uncertainty for compound A, remaining practically unchanged  after  five  extractions,  while  the  calculated  amount  for  compound  B  is  becoming  increasingly  biased  (bottom row). Therefore, the quantitation must exclude all analyses exceeding analyte exhaustion, as this  would increasingly distort the fit. In this case, a very low number of extractions will give results with a  lower uncertainty than with a higher number of extractions. It  might also be advisable to increase the  sample amount to resolve this issue. For analytes that followed the expected logarithmic decrease of peak  areas, five extractions were considered to be ideal. 

  Figure 4: Relationship between the number of extractions, the extraction behaviour of the analyte and  the resulting measured amounts of two samples: A (guaiacol, which follows the expected logarithmic  decrease of peak areas) and B (DMDS, which is exhaustively extracted after the second or third  extraction). Top row: Chromatographic peaks of the two analytes. Middle row: ln 𝐴  plots with  regression lines obtained from fitting with the inclusion of varying numbers of extractions. Bottom row:  Calculated amounts (average from three measurements). The gray boxes visually indicate the range of  the obtained values.  Page 10 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

Page 11 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

   

 

Validation 

Calibration curves for guaiacol and DMDS are depicted in Figure 5, the results of the validation in Figure 6.  For both analytes, a linear dependence of recovered mass versus actual analyte mass was found with a  slope  of  approximately  1  and  an  intercept  close  to  0.  This  indicates  that  the  measured  values  can  be  expected to reflect the true values closely. Depending on the analyte amount, recovery ranged from 89%  to  123%  for  DMDS  and  90%  to  105%  for  guaiacol,  when  measuring  amounts  above  the  limit  of  quantitation.   

  Figure 5: Calibration curves of the two investigated volatiles. Panel A shows the curve for the 81 m/z ion  of guaiacol the one for the 94 m/z ion of DMDS.     The following LOD and LOQ values were found for guaiacol:     𝐿𝑂𝐷

25 𝑛𝑔

5.3 𝑛𝑔; 𝐿𝑂𝑄

86 𝑛𝑔

0.2 𝑛𝑔; 𝐿𝑂𝑄

35 𝑛𝑔

18 𝑛𝑔

6  

And for DMDS:  𝐿𝑂𝐷

88 𝑛𝑔

0.6 𝑛𝑔

7  

  As can be seen from Figure 6  (bottom), the  relative  standard  deviation (RSD) is rather  stable  over the  calibration range (11% for guaiacol, 13‐30% for DMDS) and increases sharply in the proximity of the LOQ.  For guaiacol, the LOQ based on noise is at an analyte mass that is already affected by a high measurement  error and should therefore be set at a higher mass, namely 180 ng. 

Page 11 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 12 of 17

 

 

  Figure 6: Top: Determined analyte masses versus known, weighed mass for guaiacol (A) and DMDS (B).  Bottom: Percent recoveries at different calibration levels. The vertical lines indicate the calculated LOQ.   

 

The  measurement  range  of  the  method  starts  at  dozens  of  nanograms  and  reaches  at  least  several  micrograms.  Since  absolute  masses  are  measured  and  the  size  of  the  headspace  vials  allows  variable  sample amounts, the sample size can be adjusted to increase sensitivity or to reduce the signal to stay in  the linear range of the detector. In theory, sampling temperature and sampling time could be optimized  to target parameters, for example minimal analysis time or full depletion of a certain target analyte in the  first extraction. However, one must be aware that lower temperatures and shorter extractions will impair  sensitivity and require more extraction steps for reliable quantitation. Higher temperatures might cause  degradation of the sample material and reduce the loading capacity of the fiber material. Using a thinner  fiber coating (75 instead of 85 µm) was found to have no effect on the extraction, which indicates that the  chosen  dimension  are  sufficient  to  avoid  fiber  overloading.  It  is  absolutely  necessary  to  keep  the  set  parameters constant, otherwise there will be no correlation between measurement and calibration series.  And for a meaningful quantitative evaluation, the detector signal must not be overloaded, and peak areas  after depletion of the target analyte must not be included in the calculation of the total peak area.   

 

Quantification of Guaiacol and DMDS in Lignin Samples 

The method was applied to four industrial lignins (see Table 1). The content of guaiacol in sample II stands  out with its very high amount, which is two orders of magnitude higher than in the other samples. Indeed,  Page 12 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

Page 13 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

  the subjectively experienced odor of this lignin was much more intense compared to the other lignins,  which confirms this result. This sample was the only one stored in a refrigerator and kept for only a few  month,  which  effectively  prevented  the  evaporation  of  volatile  compounds.  In  contrast,  the  guaiacol  concentrations  of  sample  I,  III  and  IV,  all  stored  at  ambient  conditions,  are  in  the  low  ppm  region.  Comparing these values with published ones by Kalliola et al.,4 they appear to be rather low. However, it  has  to  be  taken  into  account  that  guaiacol  emissions  in  the  cited  study  were  measured  at  elevated  temperatures  of  150°C  and  190°C.  It  was  also  shown,4,7  that  increasing  the  temperature  increases  the  amount of volatiles released from lignin. Hence, we consider these results reasonable.  For DMDS, only in sample II were found significant amounts of this volatile. Compared to a value published  in literature (0.25 ppm at 60°C),7 it is quite high. Yet again, our finding matches this lignins’s pungent odor  and fresh state and can therefore be considered plausible. The absence of DMDS in samples III and IV is  not surprising, since the corresponding cooking processes do not employ reduced sulfur reagents, which  are the main source of DMDS.1,29 However for sample I, Indulin, it is certainly remarkable that DMDS was  completely lost over the years, although it is a kraft lignin and this process relies on Na2S as one of the  major  pulping  chemicals  leading  to  the  formation  of  a  range  of  volatile  sulfur  compounds  including  DMDS.29 Kalliola et al.4 reported significant DMDS levels in commercial kraft lignins only at 190°C, while  40°C were sufficient for detection with the present method. All in all, these first results for volatiles in real  lignins are consistent with published findings and even augment them. This demonstrates the usefulness  of  the  MHS‐SPME  method.  By  applying  it  to  further  analytes,  the  understanding  of  volatile  release  by  lignins will be substantially deepened.    Table 1: Volatile concentrations of the different lignin samples (n=3). For Samples I, III and IV no distinct  DMDS peak could be observed.  Sample  Sample I (Indulin)  Sample II (technical kraft)  Sample III (lignosulfonate)  Sample IV (organosolv) 

Concentration Guaiacol [ppm]  2.3 1234.4 0.5 0.4 

Concentration DMDS [ppm]  ‐  33.9  ‐  ‐ 

 

Conclusion  Gas chromatography with mass spectroscopic detection is very well suited for the qualitative analysis of  lignin volatiles. Since samples are taken from the gas volume over the lignin sample, interfering matrix  components, for example, salts, water and polymers, are inherently separated and do not interfere with  the chromatographic analysis. Initial attempts with a headspace‐sampler to withdraw a gas sample directly  from the vial resulted in unacceptably low sensitivity and were therefore dismissed. Using SPME as an  extractive  sampling method, the  necessary sensitivity  could be  achieved.  The  method  could  readily be  extended to quantify absolute masses of the most prominent volatiles – guaiacol and dimethyl disulfide –  with LODs in the nanogram range. The calibrated measurement range extended into the low microgram  range  and  can  be  extended  by  adjusting  the  weighed  sample  amount.  For  reliable  results,  one  must  observe  that  the  detected  signals  are  not  in  the  saturated  regime  of  the  detector  or  the  fiber  and  all  analyses after the complete extraction of the target analyte are excluded from the quantification. Sample  preparation  is  limited  to  weighing  the  sample  into  a  headspace  vial,  not  requiring  any  solvents,  consumables or auxiliaries. The analysis including the data evaluation was fully automatized. The method  can  be  applied  to  lignin  arising  from  different  processes;  kraft,  sulfite  and  organosolv  were  tested.  Page 13 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

  Dimethyl  disulfide  could  only  be  detected  in  one  of  these  samples,  and  the  concentration  of  guaiacol  ranged from 0.4 ppm to 1200 ppm. With this tool at hand, volatiles arising from lignin and other biomass  can be monitored reliably, paving the way for a deeper understanding of the released substances and their  release mechanisms. 

Supporting information  Comparison  of  peak  shapes  of  acetic  acid  and  guaiacol,  effects  of  too  high  sample  amount  on  signal  saturation and MHS evaluation, qualitative overview over volatiles found in representative lignins 

Acknowledgements  We are grateful for the support by our industry partners in the frame of the Flippr2 project, Mondi, Sappi,  Zellstoff Pöls AG, a member of heinzel pulp, and Papierholz Austria. The K‐Project Flippr² is funded as part  of  COMET  ‐  Competence  Centers  for  Excellent  Technologies  promoted  by  BMVIT,  BMWFJ,  Styria  and  Carinthia. The COMET program is managed by FFG.   

References  (1)  

Saake, B.; Lehnen, R. Lignin. In Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry; Wiley‐VCH Verlag  GmbH  &  Co.  KGaA,  Ed.;  Wiley‐VCH  Verlag  GmbH  &  Co.  KGaA:  Weinheim,  Germany,  2007.  https://doi.org/10.1002/14356007.a15_305.pub3.  (2)   Stewart,  D.  Lignin  as  a  Base  Material  for  Materials  Applications:  Chemistry,  Application  and  Economics. Ind. Crops Prod. 2008, 27 (2), 202–207. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2007.07.008.  (3)   Naegele,  H.;  Pfitzer,  J.;  Ziegler,  L.;  Inone‐Kauffmann,  E.  R.;  Eisenreich,  N.  Applications  of  Lignin  Materials and Their Composites (Lignin Applications in Various Industrial Sectors, Future Trends of  Lignin  and  Their  Composites).  In  Lignin  in  Polymer  Composites;  Elsevier,  2016;  pp  233–244.  https://doi.org/10.1016/B978‐0‐323‐35565‐0.00013‐8.  (4)   Kalliola, A. K.; Savolainen, A.; Ohra‐aho, T.; Faccio, G.; Tamminen, T. Reducing the Content of VOCs  of  Softwood  Kraft  Lignins  for  Material  Applications.  BioResources  2012,  7  (3),  2871–2882.  https://doi.org/10.15376/biores.7.3.2871‐2882.  (5)   Rocha, S. M.; Gonçalves, V.; Evtuguin, D.; Delgadillo, I. Distinction and Identification of Lignins Based  on  Their  Volatile  Headspace  Composition.  Talanta  2008,  75  (2),  594–597.  https://doi.org/10.1016/j.talanta.2007.11.018.  (6)   Voeller,  K.;  Bílek,  H.;  Kreft,  J.;  Dostálková,  A.;  Kozliak,  E.;  Kubátová,  A.  Thermal  Carbon  Analysis  Enabling  Comprehensive  Characterization  of  Lignin  and  Its  Degradation  Products.  ACS  Sustain.  Chem. Eng. 2017, 5 (11), 10334–10341. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b02392.  (7)   Kouisni, L.; Gagné, A.; Maki, K.; Holt‐Hindle, P.; Paleologou, M. LignoForce System for the Recovery  of Lignin  from Black  Liquor:  Feedstock  Options, Odor Profile,  and Product  Characterization.  ACS  Sustain. Chem. Eng. 2016, 4 (10), 5152–5159. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6b00907.  (8)   Sallem‐Idrissi, N.; Vanderghem, C.; Pacary, T.; Richel, A.; Debecker, D. P.; Devaux, J.; Sclavons, M.  Lignin  Degradation  and  Stability:  Volatile  Organic  Compounds  (VOCs)  Analysis  throughout  Processing.  Polym.  Degrad.  Stab.  2016,  130,  30–37.  https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2016.05.028.  (9)   Hakkarainen,  M. Developments in Multiple Headspace  Extraction. J. Biochem. Biophys. Methods  2007, 70 (2), 229–233. https://doi.org/10.1016/j.jbbm.2006.08.012.  (10)   Kolb, B.; Ettre, L. S. Theory and Practice of Multiple Headspace Extraction. Chromatographia 1991,  32 (11), 505–513. 

Page 14 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

Page 14 of 17

Page 15 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

  (11)   Martínez‐Uruñuela, A.; González‐Sáiz, J. M.; Pizarro, C. Multiple Solid‐Phase Microextraction in a  Non‐Equilibrium  Situation.  J.  Chromatogr.  A  2005,  1089  (1),  31–38.  https://doi.org/10.1016/j.chroma.2005.06.063.  (12)   Ezquerro, Ó.; Ortiz, G.; Pons, B.; Tena, M. T. Determination of Benzene, Toluene, Ethylbenzene and  Xylenes in Soils by Multiple Headspace Solid‐Phase Microextraction. J. Chromatogr. A 2004, 1035  (1), 17–22. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.02.030.  (13)   Gröning, M.; Hakkarainen, M. Multiple Headspace Solid‐Phase Microextraction of 2‐Cyclopentyl‐ Cyclopentanone in Polyamide 6.6: Possibilities and Limitations in the Headspace Analysis of Solid  Hydrogen‐Bonding  Matrices.  J.  Chromatogr.  A  2004,  1052  (1),  61–68.  https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.08.112.  (14)   Ezquerro,  Ó.;  Tena,  M.  T.  Determination  of  Odour‐Causing  Volatile  Organic  Compounds  in  Cork  Stoppers  by  Multiple  Headspace  Solid‐Phase  Microextraction.  J.  Chromatogr.  A  2005,  1068  (2),  201–208. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2005.01.089.  (15)   Carrillo, J. D.; Tena, M. T. Determination of Volatile Compounds in Antioxidant Rosemary Extracts  by  Multiple  Headspace  Solid‐Phase  Microextraction  and  Gas  Chromatography.  Flavour  Fragr.  J.  2006, 21 (4), 626–633. https://doi.org/10.1002/ffj.1630.  (16)   Flores, M.; Hernández, D. Optimization of Multiple Headspace Solid‐Phase Microextraction for the  Quantification of Volatile Compounds in Dry Fermented Sausages. J. Agric. Food Chem. 2007, 55  (21), 8688–8695. https://doi.org/10.1021/jf0713758.  (17)   Serrano,  E.;  Beltrán,  J.;  Hernández,  F.  Application  of  Multiple  Headspace‐Solid‐Phase  Microextraction Followed by Gas Chromatography–Mass Spectrometry to Quantitative Analysis of  Tomato  Aroma  Components.  J.  Chromatogr.  A  2009,  1216  (1),  127–133.  https://doi.org/10.1016/j.chroma.2008.11.026.  (18)   Costa,  R.;  Tedone,  L.;  De  Grazia,  S.;  Dugo,  P.;  Mondello,  L.  Multiple  Headspace‐Solid‐Phase  Microextraction: An Application to Quantification of Mushroom Volatiles. Anal. Chim. Acta 2013,  770, 1–6. https://doi.org/10.1016/j.aca.2013.01.041.  (19)   San Román, I.; Alonso, M. L.; Bartolomé, L.; Alonso, R. M.; Fañanás, R. Analytical Strategies Based  on  Multiple  Headspace  Extraction  for  the  Quantitative  Analysis  of  Aroma  Components  in  Mushrooms. Talanta 2014, 123, 207–217. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2014.01.021.  (20)   Sgorbini,  B.;  Bicchi,  C.;  Cagliero,  C.;  Cordero,  C.;  Liberto,  E.;  Rubiolo,  P.  Herbs  and  Spices:  Characterization  and  Quantitation  of  Biologically‐Active  Markers  for  Routine  Quality  Control  by  Multiple  Headspace  Solid‐Phase  Microextraction  Combined  with  Separative  or  Non‐Separative  Analysis. J. Chromatogr. A 2015, 1376, 9–17. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2014.12.007.  (21)   Cantú,  A.  A.  Comments  on  the  Multiple  Headspace‐Solid  Phase  Microextraction  (MHS‐SPME)  Technique  for  Dating  Inks.  Forensic  Chem.  2017,  3,  14–20.  https://doi.org/10.1016/j.forc.2016.10.008.  (22)   McNaught,  A.  D.;  Wilkinson,  A.;  Jenkins,  A.  Retention  Index.  IUPAC.  Compendium  of  Chemical  Terminology, 2nd ed. (the “Gold Book”). XML on‐line corrected version: http://goldbook.iupac.org  (2006‐); Nic, M., Jirat, J., Kosata, B., Eds.; Blackwell Scientific Publications: Oxford, 1997.  (23)   Kim, S.; Thiessen, P. A.; Bolton, E. E.; Chen, J.; Fu, G.; Gindulyte, A.; Han, L.; He, J.; He, S.; Shoemaker,  B. A.; et al. PubChem Substance and Compound Databases. Nucleic Acids Res. 2016, 44 (Database  issue), D1202–D1213. https://doi.org/10.1093/nar/gkv951.  (24)   Abraham, J. ICH Harmonised Tripartitite Guideline: Validation of Analytical Procedures: Text and  Methodology.  In  International  Conference  On  Harmonisation  Of  Technical  Requirements  For  Registration Of Pharmaceuticals For Human Use; Brouder, A., Tietje, C., Eds.; Brill, 2009; pp 1041– 1054. https://doi.org/10.1163/ej.9789004163300.i‐1081.897.  (25)   Haahr, M. RANDOM.ORG: True Random Number Service https://www.random.org (accessed Jun 1,  2018). 

Page 15 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

  (26)   Scanlon, J. T.; Willis, D. E. Calculation of Flame Ionization Detector Relative Response Factors Using  the  Effective  Carbon  Number  Concept.  J.  Chromatogr.  Sci.  1985,  23  (8),  333–340.  https://doi.org/10.1093/chromsci/23.8.333.  (27)   de  Saint  Laumer,  J.‐Y.;  Leocata,  S.;  Tissot,  E.;  Baroux,  L.;  Kampf,  D.  M.;  Merle,  P.;  Boschung,  A.;  Seyfried, M.; Chaintreau, A. Prediction of Response Factors for Gas Chromatography with Flame  Ionization Detection: Algorithm Improvement, Extension to Silylated Compounds, and Application  to the Quantification of Metabolites: Gas Chromatography. J. Sep. Sci. 2015, 38 (18), 3209–3217.  https://doi.org/10.1002/jssc.201500106.  (28)   Tena,  M.  T.;  Carrillo,  J.  D.  Multiple  Solid‐Phase  Microextraction:  Theory  and  Applications.  TrAC  Trends Anal. Chem. 2007, 26 (3), 206–214. https://doi.org/10.1016/j.trac.2007.01.008.  (29)   Karnofski, M. A. Odor Generation in the Kraft Process. J Chem Educ 1975, 52 (8), 490–492.   

Page 16 of 17 

ACS Paragon Plus Environment

Page 16 of 17

Page 17 of 17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

ACS Sustainable Chemistry & Engineering

 

Synopsis  Odorous substances emitted from lignin, a promising raw material for renewable products, were identified  and quantified by a GC‐MS method requiring no sample preparation. 

For Table of Contents Use Only 

 

Page 17 of 17 

ACS Paragon Plus Environment