Differential Analysis in Polysulfide Silane Coupling Agents by High Mass Accuracy MSn and Multivariate Statistical Technique

Význam tématu

Silane coupling agents představují klíčovou složku při výrobě pneumatik se silikovými plnivy. Umožňují zlepšenou adhezi mezi hydrofilními částicemi křemičitého plniva a hydrofobní gumovou matricí, což vede ke zvýšení odolnosti, oděruvzdornosti a bezpečnosti běhounu pneumatiky. S ohledem na rostoucí využití nepetrolejových zdrojů a zpřísňující se environmentální požadavky je analytická kontrola kvality těchto látek zásadní pro vývoj a optimalizaci směsí pneumatik.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo odlišit čtyři výrobce bis(trietoxysilylpropyl)polysulfidových coupling agentů (TESPP) se stejnou strukturou. Pro identifikaci rozdílů v čistotě, obsahu nečistot a počtu sírových elementů autoři kombinovali vysoce přesnou MSn analýzu s vícerozměrnými statistickými metodami (PCA).

Použitá metodika

• Příprava vzorků: jednotlivé komerční produkty TESPP (označené A, B, C, D) rozpuštěné v metanolu (ředění 1:10 000), mix jako QC vzorek.
• Chromatografie: UHPLC na kolonce Shim-pack XR-ODS (2,0×75 mm, 2,2 µm), gradient voda/amoniová sůl – acetonitril, tok 0,45 mL/min, teplota 40 °C.
• Spektrometrie: LCMS-IT-TOF v pozitivním ESI režimu, sken m/z 100–1000, MSn analýza pro sledování fragmentačních vzorců.
• Statistika: SIMCA-P pro PCA analýzu a vizualizaci shluků a charakteristických markerů (score a loading ploty).

Použitá instrumentace

• Shimadzu Prominence UFLC
• Shimadzu LCMS-IT-TOF (ion trap – time-of-flight)
• Software SIMCA-P (Umetrics) pro multivariantní analýzu
• Software Formula Predictor 4.3 (Shimadzu) pro kauzální stanovení sumárních vzorců

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza TIC chromatogramů odhalila hlavní produkt (TESPP s 2–10 atomy síry) přítomný ve všech vzorcích. PCA score plot ukázal, že vzorky A a B jsou téměř identické z hlediska složení, zatímco C a D se liší.
Loading plot odhalil unikátní ionty v C (impurity s 2–4 S at.) a D (monosulfidové deriváty). Fragmentační MSn odezvy (MS2 a MS3) umožnily potvrdit struktury hlavních nevhodných látky, například Bis(trietoxysilylpropyl)trisulfid (TESPT) se substitucí -OCH3.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé rozlišení komerčně i strukturně shodných coupling agentů různého původu.
• Kvantitativní i kvalitativní kontrola čistoty a nečistot pro QA/QC v gumárenském průmyslu.
• Podpora optimalizace syntézy vedením ke snížení nežádoucích vedlejších produktů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace workflow do online procesního monitoringu výroby silanových coupling agentů.
• Rozšíření multivariantních přístupů o další faktory (teplota, reaktanty) pro lepší predikci kvality.
• Využití machine learningu pro automatizaci identifikace vzorců nečistot a optimalizaci analytických metod.

Závěr

Kombinace vysoce přesné MSn analýzy s vícerozměrnými statistickými nástroji představuje účinný přístup k diferenciaci strukturově identických polysulfidových silanových coupling agentů od různých výrobců. Metoda umožňuje odhalit i nízké úrovně nečistot, což je klíčové pro kvalitu a spolehlivost gumových směsí.

Reference

• Nakajima H., Goda T., Yamaki S., Hirano I., Nishine T., Sekine Y., Yatsuyanagi F. Differential Analysis in Polysulfide Silane Coupling Agents by High Mass Accuracy MSn and Multivariate Statistical Technique, ASMS 2011, TP343.