Analysis of butylene glycol oligomer samples by temperature-rising direct analysis in real time mass spectrometry (TR-DART-MS)

Význam tématu

Direct Analysis in Real Time (DART) je revoluční atmosférická ionizační technika, která umožňuje rychlou a snadnou analýzu vzorků s minimální přípravou. Implementace zařízení ionRocket pro řízené postupné zahřívání vzorku (TR-DART-MS) otevírá nové možnosti sledování termálních rozkladových a desorpčních dějů v reálném čase. Tento přístup je klíčový pro kvalitu a kontrolu polymerních materiálů, farmaceutických sloučenin a potravinářských obalů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentované studie je demonstrovat aplikaci TR-DART-MS při analýze oligomerů 1,3-butylenglykolu s odlišnou průměrnou molekulovou hmotností a dále ukázat detekci přísad a produktů pyrolytické degradace v polyethylenovém obalu. Studie srovnává spektra získaná klasickým DART-MS při konstantní teplotě 450 °C a TR-DART-MS s plynulým nárůstem teploty od teploty okolí do 600 °C během 6 minut.

Použitá metodika a instrumentace

V experimentu byly použity následující přístroje:

• Zdroj DART-OS (Direct Analysis in Real Time)
• Vybavení ionRocket pro řízené zahřívání (0–600 °C, rampa 6 minut)
• Hmotnostní spektrometr LCMS-8030 (triple kvadrupól) se schopností polarity switching 15 ms a skenovací rychlostí až 15 000 u/s

Analytické podmínky:

• Vstřik vzorků: kapalné oligomery nanesené přímo, pevný polyethylen řezaný na malé kousky
• Rozsah měření: m/z 50–1500, současné sledování pozitivní i negativní polarity
• Teplota DART: 450 °C, ionRocket: 0–1 min okolní, 1–7 min lineární nárůst na 600 °C

Hlavní výsledky a diskuse

1) Analýza oligomerů 1,3-butylenglykolu:

• Statický DART-MS (450 °C) detekoval silné signály v rozsahu m/z 500–700 u vzorku A a o něco méně intenzivní u vzorku B.
• TR-DART-MS odhalil posun rudder-like distribuce směrem k vyšším m/z v čase: u vzorku A dominovaly ionty m/z 600–900, u vzorku B m/z 500–1300, což koresponduje s větší průměrnou molekulovou hmotností vzorku B.

2) Analýza polyethylenového obalu:

• Detekce antioxidantu Irgafos 168 jako mono- a di-oxidů (m/z 663, 736) při 3,7–4,5 min
• Produkty pyrolytické degradace polyethylenu (opakující se jednotky ≈14 u) v rozsahu m/z 300–600 při 4–5,5 min

Přínosy a praktické využití metody

TR-DART-MS nabízí rychlé profilování distribuce molekulových hmot polymerů bez nutnosti chromatografického dělení, okamžitou identifikaci přísad v materiálech a monitoring teplotou indukovaných rozkladových reakcí. To je přínosné zejména v oblasti QA/QC, forenzní analýzy plastů, farmaceutického vývoje a potravinářských obalů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s vysokým rozlišením (Orbitrap, FT-ICR) pro přesnou identifikaci
• Kombinace s víceúrovňovým MS/MS pro strukturální charakterizaci oligomerů
• Automatizované chemometrické zpracování trojrozměrných dat (m/z vs. čas vs. teplota)
• Online monitoring výrobních procesů a in-situ analýza materiálů

Závěr

Studie potvrzuje, že TR-DART-MS je efektivní nástroj pro dynamickou analýzu polymerních vzorků, umožňující sledování termálních rozkladových dějů a poskytující bohatší spektrální informace než klasický DART-MS. Metoda zkracuje čas analýzy a rozšiřuje možnosti identifikace oligomerů a přísad v materiálech.

Reference

• Watanabe J., Kinoshita K., Nishiguchi T., Takei C., Sakakura M., Shiota T. Analysis of butylene glycol oligomer samples by temperature-rising direct analysis in real time mass spectrometry (TR-DART-MS). ASMS 2015, TP 026.