VYUŽITIE CHROMATOGRAFICKÝCH METÓD NA CHARAKTERIZÁCIU PRODUKTOV STARNUTIA CELULÓZOVÝCH MATERIÁLOV

Význam tématu

Degradace papíru a celulózy vede k úbytku mechanické pevnosti, změně acidity a zhoršení čitelnosti historických materiálů. Analytická charakterizace produktů stárnutí je klíčová pro zachování kulturního dědictví a vývoj vhodných konzervačních postupů.

Cíle a přehled studie

Cílem přehledového článku je shrnout možnosti využití chromatografických metod k identifikaci a kvantifikaci hlavních skupin degradačních produktů papíru: sacharidů, alifatických i aromatických karboxylových kyselin, fenolových sloučenin a prchavých organických látek. Studie vychází z literárních údajů i vlastních zkušeností autorů.

Použitá metodika a instrumentace

Analytické techniky:

• HPLC se stacionárními fázemi C18, NH2, iónově-výměnnými a HILIC kolónami, detekce RI, UV/Vis, DAD, ELSD a MS
• GC s kapilárními kolónami (DB-23, VOCOL) a detektory FID, MS
• Kapilární elektroforéza sloučená s MS pro polysacharidy a organické kyseliny
• SEC (GPC) s detektory RI, UV a MALLS pro distribuci molárních hmotností celulózy
• Mikroextrakce tuhou fází (SPE) a pevnou fází mikrodifúzí (SPME) pro VOC

Hlavní výsledky a diskuse

• Sacharidy: IEX-HPLC a HILIC umožňují detekci mono- a oligosacharidů s LOQ v řádu 0,25–1,5 mg ml−1, fluorescenční detekce po derivatizaci zvyšuje citlivost více než 10×
• Alifatické kyseliny: HPLC-IEX s 9 mmol l−1 H₂SO₄ rozlišuje kyselinu mravenčí a octovou s Rij = 2,8 do 12 min; SPE předčištění snižuje LOQ až na 5 µg ml−1
• Fenolové sloučeniny: RP-HPLC–C18 a pentafluorofenylové kolóny s UV/DAD, elektrochemickou i fluorescenční detekcí separují vanilín, syringové a kumarové produkty ligninu
• VOC: GC–MS a SPME pasivní odběr zachycují indikátory degradace (furfural, vanilin, alifatické kyseliny) přímo z ovzduší v stohu papíru
• Stupeň polymerizace: SEC-MALLS přináší přímé hodnoty průměrné molární hmotnosti a distribuce celulózy bez kalibračních standardů

Přínosy a praktické využití metody

Chromatografické přístupy umožňují rychlou a selektivní detekci degradovaných produktů i při minimálním množství vzorku. Výsledky přispívají k posouzení stavu papírových artefaktů, optimalizaci konzervačních postupů a předpovědi dlouhodobé stability.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Miniaturizace chromatografických systémů pro in situ analýzy v archivech
• Hyphenované metody LC–HRMS pro nekonvenční a stopové degradace
• Umělá inteligence a strojové učení pro automatizovanou interpretaci komplexních dat
• Metody bez destrukce vzorku: mikroextrakce, pasivní odtokové vzorkovače, SPME
• Vytváření otevřených databází degradačních markerů papíru a celulózy

Závěr

Chromatografické metody představují klíčový nástroj pro kvantitativní i kvalitativní studium stárnutí celulózových materiálů. Kombinace různých separačních mechanismů a detekčních technik umožňuje detailní charakteristiku degradačních procesů a podporuje ochranu papírových historických dokumentů.

Reference

1. ASTM D 6819-02: Standard Test Method for Accelerated Temperature Aging of Printing and Writing Paper by Dry Oven Exposure Apparatus (2002).
2. Bansa H.: Restaurator 23, 106 (2002).
3. Zervos S.: in Cellulose: Structure and properties, derivatives and industrial uses, Nova Science Publishers, New York 2010, s. 155.
4. Dupont A.L., Egasse C., Morin A., Vasseur F.: Biomacromolecules 9, 1093 (2008).
5. Stephens C.H., Whitmore P.M., Morris H.R., Bier M.E.: Biomacromolecules 9, 1093 (2008).
6. Ruiz-Matute A.I., Hernandez-Hernandez O., Rodríguez-Sánchez S., Sanz M.L.: J. Chromatogr. B 879, 1226 (2011).
7. Weiz K., Alt M.: Fermentation 3, 1 (2017).
8. Hroboňová K., Lehotay J., Jablonský M., Katuščák S.: Chem. Listy 103, 744 (2009).
9. Yan X.: Carbohydrate analysis by HPLC, Nova Science Publishers, New York 2014.
10. Čablová I., Kačík F., Gojný J., Češek B., Milichovský M., Mikala O., Tribulová T., Ďurkovič J.: Bioresources 12, 2618 (2017).
11. Tihomirova K., Dalecka B., Mezule L.: Agron. Res. 14, 1713 (2016).
12. Sluiter A. et al.: NREL/TP-510-42618 (2012).
13. Sharma U., Bhandari P., Kumar N., Singh B.: Chromatographia 71, 633 (2010).
14. Ricochon G., Paris C., Girardin M., Muniglia L.: J. Chromatogr. B 879, 1529 (2011).
15. Lv Y. et al.: Food Chem. 112, 742 (2009).
16. Lattuati-Derieux A., Bonnassies-Termes S., Lavédrine B.: J. Cult. Heritage 7, 123 (2006).
17. Siedlecka E.M. et al.: Pol. J. Environ. Stud. 17, 351 (2008).
18. Dupont A.L., Seemann A., Lavédrine B.: Talanta 89, 301 (2012).
19. Acikara O.B.: Ion-exchange chromatography and its applications, InTech 2013, s. 29.
20. Boháčová I. et al.: Chem. Listy 110, 616 (2016).
21. Labuda J. et al.: Analytická chémia, 2. vydání, SCHK STU Bratislava 2019.
22. Alpert A.J.: J. Chromatogr. A 499, 177 (1990).
23. Boháčová I., Halko R., Hutta M.: Zdravotnícke Listy 7, 11 (2019).
24. Lewis Sr S.A. et al.: Biomass Bioenerg. 108, 198 (2018).
25. Jablonský M., Botková M., Hroboňová K.: Wood Res. 57, 419 (2012).
26. Jablonský M. et al.: Cell. Chem. Technol. 46, 331 (2012).
27. Hroboňová K. et al.: Restaurator 32, 318 (2011).
28. Tessini C. et al.: J. Chil. Chem. Soc. 61, 2837 (2016).
29. Gibson L.T. et al.: Anal. Chim. Acta 341, 11 (1997).
30. Sladkovich S. et al.: Anal. Bioanal. Chem. 408, 8133 (2016).
31. Brattoli M. et al.: Molecules 13, 16759 (2013).
32. Clark A.J. et al.: Anal. Bioanal. Chem. 399, 3589 (2011).
33. Strlič M. et al.: J. Chromatogr. A 805, 93 (1998).
34. Strlič M. et al.: J. Chromatogr. A 1026, 9 (2004).
35. Gibson L.T. et al.: Chem. Central J. 6, 1 (2012).
36. Sun L. et al.: Limnol. Oceanogr. Methods 13, 1 (2015).
37. Gazdik Z. et al.: Molecules 13, 2823 (2008).
38. Cantalapiedra A. et al.: Phytochem. Anal. 25, 247 (2014).
39. Cocuron J.C. et al.: J. Chromatogr. A 1589, 93 (2019).
40. La Torre-Carbot K. et al.: J. Agric. Food Chem. 53, 4331 (2005).
41. Sun M. et al.: J. Sep. Sci. 39, 3123 (2016).
42. Emsley A.M. et al.: Polymer 41, 8513 (2000).
43. Jablonský M. et al.: Cell. Chem. Technol. 45, 405 (2011).