A New Strategy for Confident Characterization of Extractables from Post- consumer Recycled Plastics Using LC-QTof

Význam tématu

V dnešní době představuje plast klíčový materiál v medicíně, balení i každodenních výrobcích. S narůstající produkcí a krátkodobým užíváním plastů roste i environmentální zátěž vznikající odpadů. Recyklace post‐consumer plastů (PCR) je proto zásadní nejen pro šetrné nakládání se surovinami, ale také pro splnění bezpečnostních norem, zejména u materiálů určených pro styk s potravinami.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem studie bylo zavést a otestovat neúčelově založený (discovery) workflow založený na kapalinové chromatografii s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií (LC‐QTof) k vyšetření extrahovatelných látek z různých šarží post‐consumer recyklovaného LDPE (rLDPE). Cílem bylo identifikovat markerové sloučeniny, které umožní spolehlivě rozlišit kvalitativně odlišné recykláty.

Použitá metodika a instrumentace

V rámci experimentu byly zkoumány čtyři typy vzorků: čisté (virgin) LDPE bez aditiv (vLDPE), virgin LDPE s aditivy (vLDPE+), rLDPE nízké kvality a rLDPE vysoké kvality. Extrakce proběhla v metanolu při 40 °C po dobu jedné hodiny za míchání, následně filtrací.

Použitá instrumentace

• Kapalinový chromatograf: Waters ACQUITY Premier LC
• Kolona: CORTECS C18, 1,6 µm, 2,1×100 mm
• Teplota kolony: 50 °C, teplota vzorku: 6 °C
• MS: Xevo G3 QTof, režim HDMSE
• Software: MassLynx v4.2 pro akvizici, Progenesis QI 3.0 pro zpracování dat

Hlavní výsledky a diskuse

Analýzou 33 injekcí v pozitivním módu bylo detekováno 13 816 sloučenin a v negativním módu 7 955. Po provedení statistického filtru (p≤0,05), odfiltrování CV≥30 % v QC vzorcích a omezení na změnu ≥10× se počet sloučenin snížil na 2 318 pozitivně a 2 475 negativně ionizovaných látek.
Pomocí PCA bylo jasně rozlišené vLDPE (± aditiva) od rLDPE. V pozitivním módu se dále dobře oddělila rLDPE vysoké a nízké kvality. Korelační analýza v pozitivním módu odhalila shluky sloučenin unikátně přítomné v rLDPE nízké kvality. Z těchto markerů bylo automatickou anotací v databázích FCCdb a CPPdb navrženo několik fthalátů (např. diisononylfthalát – DINP).
Konfirmace pomocí čistých standardů (retenční doba, fragmentační vzorce v cíleném MS/MS) potvrdila identifikaci DINP a dalších fthalátů (DIBP, DNOP, oleamid).

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé a citlivé rozlišení různých šarží PCR materiálů
• Spolehlivá identifikace kontaminujících látek s vysokou přesností hmotnostních měření
• Integrované řešení pro screening kvality a bezpečnosti recyklátů
• Možnost rozšíření na kvantitativní stanovení znečišťujících sloučenin

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření workflow na další typy polymerů a aditiv
• Implementace cílených kvantitativních metod pro regulované látky
• Využití umělé inteligence a strojového učení pro rychlejší a přesnější anotaci
• Rozšíření databází extrahovatelných a migrujících látek
• Možnost nasazení inline monitoringu v recyklačních linkách

Závěr

Prokázali jsme, že kombinace ACQUITY Premier LC-Xevo G3 QTof a Progenesis QI poskytuje robustní a přesný discovery workflow pro charakterizaci extrahovatelných látek z post‐consumer recyklovaného LDPE. Metoda umožňuje odhalit a potvrdit klíčové markery kvality recyklátu a otevírá cestu k dalšímu rozvoji kvalitativní i kvantitativní analýzy PCR materiálů.

Reference

• Center for International Environmental Law. Fossil Fuels & Plastic. CIEL, 2023.
• UN General Assembly. UN Plastics Resolution, 2018.
• Martínez-Bueno M.J., Gómez Ramos M.J., Bauer A., Fernández-Alba A.R. An Overview of Non-targeted Screening Strategies Based on HRMS for Identification of Migrants from Plastic Food Packaging Materials. Trends Anal. Chem. 110:191–203, 2019.
• Groh K.J. et al. Overview of Intentionally Used Food Contact Chemicals and Their Hazards. Environ. Int. 150:106225, 2021.
• Groh K.J. et al. Overview of Known Plastic Packaging-Associated Chemicals and Their Hazards. Sci. Total Environ. 651:3253–3268, 2019.
• Broadhurst D. et al. Guidelines for Quality Control Samples in Untargeted Metabolomic Studies. Metabolomics 14:72, 2018.
• Schymanski E.L. et al. Non-target Screening with HRMS: Critical Review and Collaborative Trial on Water Analysis. Anal. Bioanal. Chem. 407:6237–6255, 2015.