Determination of chlorine and bromine in rubber products using hydropyrolytic combustion ion chromatography

Význam tématu

Rubber products obsahují halogeny (chlor a brom), které ovlivňují jejich vlastnosti a bezpečnost. Přesné stanovení těchto prvků je klíčové pro kontrolu kvality, dodržení právních norem ISO 7725:2020(E) a ochranu životního prostředí. Metoda CIC (hydropyrolytická kombinovaná s iontovou chromatografií) umožňuje rychlé, citlivé a kompletní stanovení celkového obsahu halogenů ve srovnání s konvenčními postupy.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo demonstrovat stanovení celkového obsahu chloru a bromu v různých gumových produktech podle ISO 7725:2020(E) Metoda A. Pro tento účel byl použit plně automatizovaný systém sestávající z Nittoseiko AQF-2100H tubusové komínové jednotky pro pyrolytické spalování a Dionex ICS-6000 HPIC pro chromatografickou analýzu. Vybrané vzorky (gumové zátky, balónky, pipetové baňky) byly analyzovány v režimu kontinuálního spalování a následného zachycení halogenidů.

Použitá instrumentace

• Nittoseiko Analytech AQF-2100H: tubusová elektrická komora (HF-210), absorpční jednotka (GA-211), automatický selektor roztoků (ES-210), controller lodiček (ABC-210), vzorkovač (ASC-270LS) a monitor spalování (CM-210).
• Thermo Scientific Dionex ICS-6000 HPIC: DP dvoupístkové čerpadlo, EG generátor KOH (EGC 500), DC detektor s dynamicky regenerovaným suppressorem ADRS 600.
• Chromeleon CDS 7.3.1 s ovladačem pro AQF-2100H.

Použitá metodika

Vzorky gumových produktů (<0,1 g) byly nařeženy na malé kousky (<2 mm) a umístěny do keramických lodiček. Po přidání křemenné vlny byly vzorky spalovány v prostředí O2/Ar (900–1000 °C). Vzniklé halogenovodíky byly zachyceny v 0,06% H2O2 a převedeny do iontového chromatografu. Použit byl IonPac AG18 Fast 4 µm jako ochranná kolona a AS18 Fast 4 µm jako analytická kolona, eluent 15 mM KOH (0,25 mL/min), detekce potlačenou vodivostí. Konstanta objemu byla určena s pomocí fosfátového standardu. Obsahy halogenů byly vypočteny z kalibračních křivek (chl.: 0,24–78 mg/L, brom.: 0,01–1,02 mg/L).

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrace pro chlorid a bromid prokázala lineární rozsah s r2 ≥ 0,998, odhad LOD 0,3 mg/L.
• Analýza čtyř vzorků gumových produktů ukázala obsah chloru 0,011–0,79 % hmotn. a bromu 0–0,006 % hmotn.
• Opakovatelnost měření (n=5) byla lepší než 10 % RSD i po 10 dnech.
• Recovery testy vykázaly 80–99 % pro chlor a 80–94 % pro brom.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda CIC je vysoce automatizovaná, minimalizuje ruční přípravu vzorku a eliminuje chyby operátora. Umožňuje rychlé zpracování pevného materiálu s vysokou citlivostí a reprodukovatelností. Vhodná je pro rutinní QA/QC laboratoře v gumárenském, automobilovém či elektronickém průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření analýzy na další halogeny (fluor, jod) a další anionty (síran).
• Integrace s online vzorkovači a robotizované systémy pro zvýšení throughput.
• Vývoj miniaturizovaných spalovacích modulů pro plošné multi-sample zpracování.
• Využití umělé inteligence pro zpracování dat a prediktivní údržbu systému.

Závěr

Kombinace Nittoseiko AQF-2100H a Dionex ICS-6000 HPIC v souladu s ISO 7725:2020(E) umožňuje spolehlivé, citlivé a reprodukovatelné stanovení celkového obsahu chloru a bromu v gumových produktech. Metoda splňuje požadavky na LOD, linearitu, opakovatelnost a recovery a představuje efektivní řešení pro kontrolu kvality.

Reference

• ISO 7725:2020(E) Rubber and rubber products – Determination of chlorine and bromine content.
• Thermo Fisher Scientific Application Note 73865: Pyrohydrolytic combustion ion chromatography: Determination of total chlorine and sulfur in cleanroom gloves, 2020.
• Thermo Fisher Scientific Application Note 73280: Determination of fluorine and chlorine in iron ore using combustion ion chromatography, 2019.
• Thermo Fisher Scientific Technical Note 000767: Combustion ion chromatography with a Dionex Integrion HPIC system using Chromeleon 7 CDS software, 2022.