Detection of Plasticizers and Flame Retardants in Polymers by Pyrolysis GC-APCI QTOF MS

Význam tématu

Polymerové materiály často obsahují přidané látky, jako jsou plastifikátory a zpomalovače hoření, aby získaly požadované mechanické a bezpečnostní vlastnosti. Mnohé z těchto aditiv mohou představovat zdravotní riziko – například ortho-ftaláty jako potenciální endokrinní disruptory nebo halogenované zpomalovače hoření s prokázanými toxickými účinky na člověka. Rychlá a spolehlivá detekce těchto sloučenin ve vláknech a textiliích je proto zásadní pro ochranu zdraví a splnění rostoucí regulace v USA i EU.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na využití pyrolýzy spojené s kapalinovou chromatografií a vysokorozlišovacím QTOF MS s APCI ionizací k detekci 85 cílových plastifikátorů a zpomalovačů hoření ve vzorcích textilních materiálů. Testovány byly čtyři odlišné druhy ochranných a běžných látek: bavlněné a polyesterové tričko, izolační a vlhkostní bariéra i vnější vrstva ochranné výstroje. Cílem bylo ověřit citlivost, selektivitu a schopnost softwarového nástroje TASQ identifikovat a potvrdit přítomnost nebezpečných aditiv.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek (100–200 µg) byl pyrolýzou až na 750 °C převeden na prchavé fragmenty, které procházely GC kolonu Restek RXI-5Sil MS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm) při teplotním programu 40 °C (1 min), +6 °C/min do 320 °C (5 min). Eluát byl ionizován APCI a analyzován na kompaktním UHR-QTOF MS (m/z 20–1000) s hmotnostnou přesností <2 ppm a izotopovou přesností <2 %.

Použitá instrumentace

• Pyrolyzer CDS 6200 Pyroprobe (CDS Analytical LLC)
• GC Bruker 456 s kolonnou Restek RXI-5Sil MS
• QTOF MS Bruker compact UHR-QTOF s GC-APCI rozhraním
• Software Bruker TASQ (Target Analysis for Screening and Quantitation)

Hlavní výsledky a diskuse

Ze všech testovaných látek byly cílové sloučeniny detekovány ve dvou ze čtyř odebraných vzorků. V bavlněném tričku byla nalezena malá množství melaminu (zpomalovač hoření) a v ochranné vlhkostní bariéře etyl tereftalát (plastifikátor) společně s dalšími nižšími úrovněmi retardantů, jež nebyly patrné v plném pyrogramu. Analýza pomocí TASQ Suspect Finderu umožnila extrahovat iontové chromatogramy cílových hmotností, porovnat naměřené izotopové vzory s teoretickými (mSigma skóre) a barevně indikovat kvalitu shody. Tento přístup zajistil automatizovanou detekci nízkoodstupňových signálů, jež by jinak unikly pozornosti.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální příprava vzorku – přímo malý kousek tkaniny do pyrolýzy
• Vysoká citlivost a selektivita díky přesné hmotové analýze a izotopovým poměrům
• Schopnost současně screenovat desítky až stovky potenciálně nebezpečných aditiv
• Rychlá automatizovaná data mining a vyhodnocení s TASQ usnadňuje rutinní kontrolu kvality a shodu s legislativou

Budoucí trendy a možnosti využití

V blízké budoucnosti lze očekávat rozšíření spektra sledovaných sloučenin o nové generace neznámých plastifikátorů a retardantů. Integrace strojového učení do datových workflow zvýší úspěšnost detekce nízkokoncentrovaných nebo dosud neočekávaných látek. Kombinace pyrolýzy s dalšími separačními technikami (např. multidimenzionální GC) umožní detailnější profilaci složitých polymerních směsí.

Závěr

Aplikace pyrolytického GC-APCI QTOF MS spolu s pokročilým softwarem TASQ se ukázala jako robustní nástroj pro screening a potvrzení přítomnosti plastifikátorů a zpomalovačů hoření ve vláknových materiálech. Metoda nabízí rychlou analýzu bez nutnosti extrakčního zpracování a zajišťuje vysokou přesnost a spolehlivost detekce v souladu s požadavky na ochranu zdraví a legislativu.

Reference

1. Shaw S. a kol. Halogenated flame retardants: Do the fire safety benefits justify the risks? Rev. Environ. Health. 2010;25:261–306. doi:10.1515/REVEH.2010.25.4.261
2. NIEHS. Flame Retardants [online]. Poslední revize 12. 10. 2018. Dostupné z: https://www.niehs.nih.gov/health/topics/agents/flame_retardants/index.cfm
3. Kind T., Fiehn O. Metabolomic database annotations via query of elemental compositions: Mass accuracy is insufficient even at less than 1 ppm. BMC Bioinformatics. 2006;7:234. doi:10.1186/1471-2105-7-234