Determination of chlorine, bromine, and sulfur in polyethylene materials using combustion ion chromatography

Význam tématu

Analýza obsahu chloru, bromu a síry v polyethylenových materiálech je klíčová pro kontrolu kvality, regulaci environmentálních dopadů a zajištění souladu s legislativou. Halogenové a sirné přísady se často využívají jako zpomalovače hoření, stabilizátory či plastifikátory, což může ovlivnit vlastní materiál i jeho další využití či recyklaci.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem studie bylo vyvinout a ověřit metodiku založenou na spalovací iontové chromatografii (CIC) pro spolehlivé stanovení chloru, bromu a síry ve všech typech polyethylenů. Autoři představují kompletní postup od přípravy vzorku přes spalování, absorpci produktů až po chromatografickou analýzu, včetně validace pomocí certifikovaného referenčního materiálu.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek polyethylenu o hmotnosti 20–35 mg je zaveden do spalovací jednotky AQF-2100H, kde se za přítomnosti argonu a kyslíku zcela rozloží při teplotě až 1000 °C. Produkty spalování (halogenovodíky, oxidy síry) jsou zachyceny v peroxidové absorpční kapalině, převedeny na halidové a sulfátové ionty a následně analyzovány suppressorovou iontovou chromatografií na Dionex Integrion HPIC systému. Celý proces je automatizován a řízen softwarovým prostředím Chromeleon CDS.

• Spalovací jednotka Mitsubishi AQF-2100H (elektrická pec HF-210, absorpční jednotka GA-210, systém řízení ES-210, ABC-210)
• Dionex Integrion HPIC systém s eluentní generací (EGC 500 KOH), CR-ATC 600 trap sloupcem, AERS 500 suppressorem
• Iontové kolony IonPac AS11-HC-4µm analytická a AG11-HC-4µm ochranná
• Autosampler Dionex AS-AP, kapacita 10 mL vial

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala vysokou přesnost, s relačním odchylkou pod 2,4 % při stanovení v referenčním materiálu ERM EC680k. Obnova přídavku (spike recovery) pro chlor dosahovala 91,7–107 %, pro síru 80,8–115 %. U čtyř testovaných plastů (LDPE, HDPE, PVC) byly detekovány kromě chloridů a sulfátů také fluoridy, dusičnany a dusitany. Bromidy nebyly nalezeny, což odpovídá postupnému omezování bromovaných aditiv. Nejvyšší obsah síry se objevil u PVC fólie jako důsledek přítomnosti organotinových stabilizátorů.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaná spalovací iontová chromatografie nabízí úsporu času oproti tradičním mokrým digescím a organickým extrakcím, minimalizuje chemické odpady a umožňuje přímou analýzu tuhých vzorků. Výsledky jsou vysoce reprodukovatelné díky vnitřní tvorbě elučního činidla a automatizovanému potlačování signálu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Lze očekávat rozšíření na další matice s obtížnou vzorkovou přípravou, například biomasy či elektronického odpadu. Integrace s hmotnostní detekcí by mohla přinést identifikaci organických halogenovaných sloučenin. Zvýšené požadavky na ekologii podpoří nahrazování konvenčních aditiv na bázi chloru a bromu.

Závěr

Vyvinutá metoda CIC umožňuje spolehlivou, citlivou a plně automatizovanou stanovení chloru, bromu a síry v polyethylenových materiálech. Díky vysoké přesnosti a jednoduché obsluze je vhodná pro rutinní kontrolu kvality, environmentální monitorování i výzkumné aplikace.

Reference

• Deanin RD. Additives in plastics. Environmental Health Perspectives 1975;11:35–39.
• DIN EN 62321-3-2: Determination of certain substances in electrotechnical products - Part 3-2: Screening of the halogens in polymer and electronics by Combustion - Ion Chromatography (C-IC), 2016.
• Thermo Scientific Application Note 1145: Determination of Halogens in Coal Using Combustion Ion Chromatography, 2016.
• Thermo Scientific Technical Note 72211: Combustion Ion Chromatography with a Dionex Integrion HPIC System, 2017.
• Thermo Scientific Technical Note 175: Configuring the Dionex Integrion HPIC System for High-Pressure Reagent-Free Ion Chromatography, 2016.
• Mitsubishi Chemical Analytech. Operation Manual for AQF-2100H. GA-210 section.