Analysis of Disperse Dyes Using the ACQUITY Arc System with PDA and Mass Detection, and Empower Software

Význam tématu

Disperzní barviva se široce využívají v textilním, papírenském a spotřebním průmyslu. Jejich chemická struktura obsahuje často azo či anthraquinonové skupiny, které mohou po dlouhodobém styku s pokožkou vyvolávat alergické reakce. Navíc potenciální přítomnost karcinogenních aromatických aminů při rozkladu těchto barviv klade vysoké nároky na citlivou a spolehlivou analytiku. Legislativní požadavky (např. německý DIN 54231) proto stanovují metody pro průkaz a kvantifikaci disperzních barviv v konečných výrobcích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předložené studie bylo demonstrovat využití chromatografického systému ACQUITY Arc kombinovaného s fotodiodovým detektorem (PDA) a hmotnostním detektorem QDa při analýze devíti vzorových disperzních barviv podle postupu DIN 54231. Autoři se zaměřili na:

• ověření detekčních limitů vůči standardnímu požadavku metody (0,7 mg/L),
• profilování a identifikaci nežádoucích nečistot,
• porovnání schopnosti rozlišit souběžně eluující komponenty za použití PDA vs. hmotnostní detekce,
• demonstraci snadného ovládání a zpracování dat v prostředí Empower 3 Software.

Použitá instrumentace a metodika

Pro separaci vzorků byla nasazena soustava ACQUITY Arc System se dvěma oddělenými cestami pro HPLC i UHPLC módy. Klíčové komponenty:

• 2998 Photodiode Array Detector (PDA) pro zaznamenání spekter v rozsahu 210–800 nm
• ACQUITY QDa Detector s pozitivní ESI ionizací
• Empower 3 CDS Software pro řízení systému a vyhodnocení dat
• XBridge C18 kolona (2,1×150 mm, 5 µm)

Chromatografické podmínky podle DIN 54231:

• Gradient: 0 min/40 % B → 7 min/60 % B → 17 min/98 % B → 24 min/98 % B → návrat
• Solvent A: 10 mmol/l amonný acetát, pH 3,6; solvent B: acetonitril
• Průtok 0,30 ml/min, teplota kolony 30 °C, objem injekce 5 µl, čas analýzy 30 min

MS parametry:

• pozitivní režim ESI+, kapilární napětí 1,2 kV, kuželové napětí 10 V
• teplota desolvace 600 °C, zdroj 120 °C, scan m/z 100–600, SIR režim
• vzorky připraveny ředěním standardů v methanolu

Hlavní výsledky a diskuse

Chromatogramu PDA na 240 nm vykazoval rozlišení devíti disperzních barviv, přičemž disperse yellow 3 a orange 3 koelutovaly a byly nerozlišitelné pomocí UV detekce. Hmotnostní detektor QDa však díky odlišnému m/z umožnil jejich spolehlivou separátní detekci ve SIR kanálech. Detekční limity pro všechny zkoumané látky významně překročily požadavky DIN 54231.
Analýza nečistot odhalila vrchol A (tR 9,5 min) s m/z 267, který nebyl sledován ve standardních SIR kanálech. Plný scan hmotnostního spektrometru společně se spektrálními daty UV umožnil identifikaci této nečistoty jako produkt rozpadu disperse blue 3. Další neznámá složka B (m/z 254, tR 11,4 min) byla rovněž detekována ve standardním roztoku disperse blue 3.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní výhody předloženého přístupu:

• zvýšená citlivost a spolehlivost detekce díky kombinaci PDA a hmotnostního detektoru
• rychlejší vývoj metody bez nutnosti dodatečného rozlišení koelutujících sloučenin
• ověřená shoda s legislativními standardy a nižší detekční meze než požadované
• kompatibilita se systémem Empower 3 usnadňující správu dat a reportování

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování výzkumu a aplikací v oblasti analýzy disperzních barviv:

• implementace UHPLC režimů s částicemi <2 µm pro ještě rychlejší separace
• rozšíření screeningových metod na nové generace barviv a jejich metabolitů
• automatizace přípravy vzorků a integrace s online vzorkovači
• pokročilé datové analýzy a strojové učení pro detekci stopových nečistot

Závěr

Systém ACQUITY Arc v kombinaci s PDA a hmotnostním detektorem QDa prokázal vynikající schopnosti v analýze disperzních barviv. Metoda překonala legislativní limity detekce, umožnila spolehlivou identifikaci koelutujících sloučenin a nečistot a nabídla flexibilní platformu pro rutinní i výzkumné aplikace.

Reference

1. Christie RM. Colour Chemistry. Royal Society of Chemistry, Cambridge 2001.
2. Garcia-Lavandeira J, Blanco E, Salgado C, Cela R. Fast throughput, highly sensitive determination of allergenic disperse dyes in textile products by use of sample composition. Talanta 2010;82:261–269.
3. German Institute for Standardisation (DIN). Textiles – Detection of Dispersed Dyestuffs. DIN 54321:2005.
4. Gay M, Chang Huang J, Cai Q, Long Sun Q. Rapid Screening of 36 Synthetic Dyes using the ACQUITY UPLC H-Class System with the ACQUITY QDa Detector. Waters Tech Brief 720005194en, 2014.
5. Cooper J, Marchand J. Improving the speed and quantitative performance for the analysis of allergenic and carcinogenic dyes in consumer products. Waters App Note 720004492en, 2015.
6. Waters ACQUITY Arc System Brochure 720005393en, 2015.