CHARACTERIZATION OF INDUSTRIAL PLASTICS USING PYROLYSIS WITH ATMOSPHERIC PRESSURE GAS CHROMATOGRAPHY COUPLED TO HIGH-RESOLUTION MASS SPECTROMETRY

Význam tématu

V souvislosti se strategií EU pro cirkulární ekonomiku plastů roste potřeba využití recyklovaných materiálů v průmyslu a zároveň zajistit jejich bezpečnost a kvalitu. Charakterizace průmyslových plastů pomáhá odhalit přítomnost nežádoucích či unikátních složek a podporuje vývoj účinných kontrolních postupů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout analytický workflow kombinující pyrolytickou GC s měkkou ionizací za atmosférického tlaku a vysokorozlišovací QTof hmotnostní spektrometrii spolu s multivariačními statistickými metodami pro odlišení a identifikaci chemických markerů v lisovaných dílech z virginních a recyklovaných polyamidů.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky byly připraveny z lisovaných ozubených kol z 0 % a 100 % recyklovaného polyamidu, každé vzorky o hmotnosti 0,2 mg naložené do nerezových kelímků s křemennou vatou, včetně slepých vzorků z samotné vaty. Data byla získána metodou pyrolytická GC s ionizací APGC v MSE režimu na vysokorozlišovacím QTof MS.

• Pyrolyzer EGA PY3030D, rozhraní 320 °C, pyrolyzér 600 °C, single-shot
• GC Agilent 7890 s kolónou Rtx-5MS 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm, program 45 °C (5 min), 20 °C/min do 300 °C (18 min), celkově 37,25 min
• MS APGC corona 3 µA, zdroj 150 °C, sampling cone 40 V, MSE nízká energie 6 V, vysoká 15–35 V, m/z 10–1200, přístroj Xevo G2-XS QTof

Hlavní výsledky a diskuse

BPI pyrogramy ukázaly složitou směs pyrolyzátů. PCA analýza jasně oddělila slepé vzorky, 0 % a 100 % recyklované materiály. OPLS-DA S-plot odhalil skupiny markerů charakteristických pro každý typ vzorku. Screeening proti knihovně 24 běžných pyrolyzátů identifikoval např. 6-acetamido-N-(5-cyanopentyl)hexanamid ve všech vzorcích a unikátní marker 4-(1-methyl-1H-pyrazol-4-yl)-4-propoxypiperidin v 100 % recyklátu, který byl zkoumán Discovery Tool v UNIFI.

Přínosy a praktické využití metody

• Měkká ionizace APGC zachovává molekulární ionty a usnadňuje určení sumárního vzorce
• Vysokorozlišovací QTof v MSE režimu poskytuje přesné fragmentační spektra pro strukturální elucidaci
• Integrovaný Discovery Tool významně zrychluje interpretaci a selekci markerů
• Možnost budování a rozšiřování vlastních knihoven s retenčními časy a hmotnostními daty podporuje rutinní screening

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozšiřování databází pyrolyzátů a využití cílených kvantitativních metod rozšíří kontrolu kvality recyklátů. Kombinace s novými statistickými přístupy a real-time screeningem může zrychlit detekci a autentifikaci materiálů ve výrobních procesech.

Závěr

Pyrolytická GC-APGC-QTof HRMS společně s multivariační analýzou představuje robustní a efektivní přístup ke komplexní charakterizaci průmyslových plastů. Workflow je snadno implementovatelné v laboratořích pro kontrolu kvality recyklovaných materiálů a podporuje tvorbu vlastních referenčních knihoven.

Reference

1. European Commission A European Strategy for Plastics in a Circular Economy, 2018
2. Tsuge S Ohtani H Watanabe C Pyrolysis GC/MS Data Book of Synthetic Polymers, 2011
3. Plumb R Johnson K Rainville P Smith B Wilson I Castro-Perez J Nicholson J UPLC MSE for Biomarker Structure Elucidation Rapid Commun Mass Spectrom, 2006
4. Stevens D Cabovska B Bailey A Detection of Extractables from Polymers Waters Application Note, 2012
5. Riches E Goshawk J Da Costa Jones G Discrimination of Lubricant Oils by MS and Multivariate Analysis Waters App Note, 2018
6. Schweighuber A Gall M Fisher J Liu Y Braun H Buchberger W LC MS Method for Polyamide 6 in Recyclates Anal Bioanal Chem, 2021
7. Cabovska B Screening Workflow for Extractable Testing Using UNIFI, 2016