Characterization of Plastics Using Mass Spectral Reference Libraries Developed From Pyrolysis-APGC-QToF MS

Význam tématu

Pyrolýza polymerů spojená s plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií poskytuje reprodukovatelné a charakteristické vzory degradací, které lze využít pro identifikaci složení plastových materiálů.

Komerční spektrální knihovny však obvykle neobsahují pyrolyzáty polymerů, a proto je rozvoj vlastních referenčních knihoven klíčový pro zajištění spolehlivé identifikace chemických složek v praxi.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vytvořit spektrální knihovny z pyrolyzátů polymerních standardů pomocí dvou instrumentálních konfigurací (py-GC-EI-MS a py-APGC-QToF MS) a otestovat jejich schopnost vyhledávání v knihovnách na reálných vzorcích plastových a bioplastových materiálů (PET, PLA).

Použitá metodika a instrumentace

• Pyrolýza: CDS 5000 (CDS Analytical), vstupní teplota 310 °C, rampovací rychlost 20 °C/ms, konečná teplota 750 °C.
• GC: kolona Rtx-5MS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm), split 75:1, průtok 1 mL/min, program 45 °C (5 min) → 300 °C (20 °C/min), celkem 27,75 min.
• MS – py-GC-EI-MS: Xevo TQ-GC, ionizace EI+ (70 eV), rozsah m/z 10–650, teplota zdroje 250 °C.
• MS – py-APGC-QToF MS: Xevo G2-XS QTof, ionizace APGC+ (corona 3 µA), MSE režim (nízká energie 6 V, vysoká 15–45 V), rozsah m/z 10–1500, teplota zdroje 150 °C.
• Software: MassLynx 4.2, knihovny vytvářeny a spravovány v platformě NIST.

Hlavní výsledky a diskuse

• Vybudované knihovny založené na průměrových spektrách polymerních standardů poskytují spolehlivé vyhledávání v rámci NIST platformy.
• Recyklovaný PET i bioplast PLA vykázaly vysoké skóre forward i reverse match (>800) v obou instrumentálních režimech.
• Soft ionizace APGC minimalizuje fragmentaci a zvyšuje intenzitu molekulového iontu, což posiluje důvěru v identifikaci složek.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá putativní identifikace polymerů v reálných vzorcích plastů i bioplastů.
• Molekulární ionty z APGC napomáhají zjištění elementárního složení a základní strukturální charakterizaci sloučenin.
• Vhodné pro QC/QA laboratoře i výzkumné týmy zabývající se recyklací a analýzou polymerů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování knihoven o další typy polymerů, aditiv a produktů degradace.
• Integrace strojového učení pro automatizované vyhledávání a anotaci spekter.
• Využití vysokorozlišovacího QToF MS pro detailní strukturální analýzu méně běžných polymerových materiálů.

Závěr

Spektrální knihovny pyrolyzátů polymerů vybudované pomocí py-GC-EI-MS i py-APGC-QToF MS prokázaly vysokou spolehlivost ve vyhledávání charakteristických vzorů plastů a bioplastů. Soft ionizace APGC přináší přidanou hodnotu zachováním molekulového iontu a posiluje jistotu identifikace neznámých složek. Metoda je perspektivní pro široké nasazení v analýze plastů v průmyslu i výzkumu.

Reference

1. Suge S., Ohtani H., Watanabe C. Pyrolysis-GC/MS Data Book of Synthetic Polymers. 2011.
2. Peacock P. M., McEwen C. N. Mass Spectrometry of Synthetic Polymers. Anal. Chem. 2006;78(12):3957–3964.
3. Sanig R., Cojocariu C., Jones R. Pyrolysis-gas chromatography-high resolution mass spectrometry with soft ionization for increased confidence for polymer characterization. Waters Application Note 720007599, April 2022.
4. NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library Compound Scoring: Match Factor, Reverse Match Factor, and Probability. Jordi Labs.