Comparison of Pyrolysis behavior between Block and Random Copolymer with Py-GC/APGC-QTof MS and multivariate data analysis

Význam tématu

Pyrolýza spojená s plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií (Py-GC/MS) představuje klíčovou metodu pro detailní zkoumání chemické struktury polymerů na mikroskopické úrovni. Umožňuje identifikovat nejen samotnou makromolekulární kostru, ale i přídavné látky, pigmenty či degradační produkty. Metoda je nepostradatelná při kontrole kvality plastů, vysledování příčin změny barvy materiálů či vývojových studiích funkčních polymerů pro polovodičový a displejový průmysl.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat pyrolytické chování blokového a náhodného kopolymeru poly(styren)-poly(akrylová kyselina) pomocí kombinace Py-GC/APGC-QTof MS a multivariační analýzy dat. Autorem je Tatsuya Ezaki z Nihon Waters K.K.

Použitá metodika a instrumentace

Analytický systém:

• Pyrolýzer EGA/PY-3030D (Frontier Lab), teplota pece 500 °C, vzorky 50 µg
• GC: Agilent 7890B s kolonkou Rtx-5MS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm), program 60→300 °C při 15 °C/min
• Detekce: Xevo G2-XS QTof se soft ionizačním zdrojem APGC v pozitivním režimu, MSE akvizice (Low energy 2 eV, High energy 5–35 eV), rozlišení >40 000, rozsah m/z 50–1200
• Multivariační analýza: OPLS-DA model a softwarový balík Progenesis QI pro extrakci markerů a S-plot

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza BPI chromatogramů ukázala odlišné vzorce pyrolyzátů pro oba kopolymery. Díky vysoké citlivosti APGC ionizace bylo možné získat přesné molekulové ionty a fragmenty bez významné štěpné fragmentace. OPLS-DA oddělilo klíčové pyrolyzáty:

• Blokový kopolymer: charakteristické styren-akrylové dimery a trimery odpovídající pravidelnému střídání monomerů
• Náhodný kopolymer: pyrolyzáty s nepravidelným α-α a β-β vazbovým uspořádáním potvrzující náhodnou sekvenci

Strukturální identifikace markerů proběhla na základě MSE spekter a softwarového přiřazení fragmentů.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledky prokazují, že kombinace Py-GC/APGC-QTof MS umožňuje:

• Simultánní akvizici molekulových iontů a fragmentů bez přepínání zdrojů
• Jednodušší a čitelnější spektra ideální pro multivariační analýzu
• Přímé stanovení elementární složení markerů podle přesné hmotnosti
• Vysokou citlivost pro detekci stopových strukturálních odchylek

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodu lze rozšířit na další typy kopolymerů, kompozitních materiálů či biologicky rozložitelných plastů. Integrace strojového učení a pokročilých datových algoritmů umožní automatizovanou klasifikaci vzorků. V průmyslové praxi je vhodná pro online QC procesy a rychlé sledování změn kompozice polymerních materiálů.

Závěr

Kombinace pyrolýzy s měkkou APGC ionizací a vysokým rozlišením QTof MS nabízí robustní přístup k rozlišení blokových a náhodných kopolymerů. Multivariační analýza dat umožňuje precizní extrakci strukturálních markerů, což přináší výhody v charakterizaci materiálů i kontrole kvality.

Reference

Tatsuya Ezaki (2017) Comparison of Pyrolysis behavior between Block and Random Copolymer with Py-GC/APGC-QTof MS and multivariate data analysis, Nihon Waters K.K.