MASS SPECTROMETRY TOOLS FOR CONFIDENT DISCRIMINATION OF DIFFERENT QUALITIES OF POST-CONSUMER RECYCLED PLASTICS

Význam tématu

Recyklace plastů hraje klíčovou roli v omezení ekologické zátěže související s dlouhodobou persistencí polymerů v prostředí. Pro uvedení post‐consumer recycled plastics (PCR) zpět do výrobních procesů je nezbytné garantovat jejich kvalitu a bezpečnost. Moderní analytické přístupy, zejména založené na liquidní chromatografii spojené s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií (LC-HRMS), umožňují citlivou a komplexní charakterizaci nečistot i aditiv.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo vyvinout flexibilní, netargetovaný workflow pro rozlišení různých kvalit obnovitelného nízkohustotního polyethylenu (rLDPE) na základě chemického profilu extrahovatelných sloučenin. Studie se zaměřila na identifikaci markerů charakteristických pro dobré a špatné kvality rLDPE za použití metabolomických nástrojů.

Použitá metodika a instrumentace

Extrakce vzorků:

• Methanolová extrakce při 40 °C, magnetické míchání, filtrace a skladování při 4 °C.
• Čtyři skupiny vzorků: vLDPE, vLDPE+ (s aditivy), rLDPE dobré kvality a rLDPE špatné kvality, tři replikáty.
• QC směs tvořena rovnoměrným spojením všech extraktů, aplikována v pravidelných intervalech pro zajištění stability analýzy.

Chromatografie a MS:

• Soustava ACQUITY Premier LC s kolonkou CORTECS C18 (1,6 μm, 2,1×100 mm) při 50 °C, mobile phase A: voda + 0,1 % CH₃COOH, B: methanol, gradient 98–2 % A → 2–98 % A.
• Injection volume 5 μL, flow rate 0,3 mL/min, teplota vzorku 6 °C.
• Mass spectrometr Xevo G3 QTof s ESI v režimech +/−, rozmezí m/z 50–1200, lock mass leucine enkephalin, HDMSE akvizice, 5 spekter/s.

Software a zpracování dat:

• MassLynx v4.2 pro akvizici.
• Progenesis QI (verze 3.0) pro netargetovanou analýzu, včetně kroků: peak picking, seskupení aduktů, alignace m/z a retenčních časů, normalizace, filtrování (p-value ≤ 0,05, variabilita v QC ≤ 30 %, intenzita > 10× v porovnání s vLDPE).

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza PCA vykázala jasné oddělení skupin v pozitivním i negativním režimu ESI. Celkem bylo po filtrování detekováno 2318 signifikantních sloučenin v režimu ESI+ a 877 v režimu ESI−. Korelační analýza odhalila dva výrazné shluky markerů spojené se špatnou kvalitou rLDPE. Mezi klíčové sloučeniny patří ion m/z 441.2978 (ret. 9.89 min), identifikovaný jako [M+Na]+ di-isononyl ftalátu (DINP) s přesností ±0.56 ppm a potvrzenými fragmenty z HDMSE. Level 1 identifikace zajištěna porovnáním se standardem DINP.

Přínosy a praktické využití metody

• Integrované řešení LC-HRMS a softwarové nástroje umožňují rychlé a spolehlivé rozlišení kvality PCR materiálů.
• Workflow detekuje minimálně čtyři charakteristické markery špatného rLDPE.
• Postupy lze adaptovat i na další polymery (HDPE, PET, PP) pro kontrolu kvality a stopových kontaminantů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Ve vývoji je rozšíření netargetovaných databází a strojového učení pro vyšší selektivitu markerů, miniaturizace a online monitoring procesů recyklace, nasazení ambientní hmotnostní spektrometrie přímo v provozech a integrace výsledků do digitálních kvalifikačních systémů.

Závěr

Popsaný LC-HRMS protocol poskytuje robustní přístup k hodnocení kvality post‐consumer recyklovaných plastů. Identifikace specifických markerů, jako je DINP, umožňuje rozlišit špatné a dobré rLDPE a podporuje bezpečné uvedení recyklátu zpět do oběhu.

Reference

1. K. J. Groh et al., Environ. Int. 150:106225 (2021).
2. K. J. Groh et al., Sci. Total Environ. 651:3253–3268 (2019).
3. E. L. Schymanski et al., Anal. Bioanal. Chem. 407:6237–6255 (2015).