COMBINED APPROACH FOR THE CHARACTERIZATION OF PLASTICS USING SPECTRAL LIBRARIES CREATED FROM BOTH PYROLYSIS-GC-MS AND PYROLYSIS-APGC-TOF-MS

Význam tématu

Rychlá a přesná identifikace složení plastových materiálů je klíčová pro podporu recyklace, regulace přísad a vývoj biobázíových polymerů. Tradiční pyrolytická GC-MS s elektrónovou ionizací poskytuje reprodukovatelné fragmentační vzory, ale často postrádá molecularní iony potřebné pro potvrzení sumárního vzorce. Kombinace měkké ionizace APGC-QToF a vysoké přesnosti hmotnosti nabízí nový přístup k analýze složitých polymerních směsí, včetně přítomnosti přísad a kontaminantů.

Cíle a přehled studie

Studie popisuje vytvoření interních spektrálních knihoven pyrolyzátů polymerů na dvou platformách (py-GC-EI-MS a py-APGC-QToF MS) a jejich využití ke charakterizaci vzorků plastů. Cílem bylo ověřit komplementaritu měkké a tvrdé ionizace, ukázat praktickou aplikaci knihoven pro rychlé rozpoznání biobázíových a konvenčních polymerů a předvést přínos režimu MSE pro strukturní identifikaci neznámých složek.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky polymerů byly váženy (~0,1 mg), umístěny do kapilár s křemennou vatou a analyzovány trikrátně:

• Pyrolyzér CDS 5000 připojený k GC–EI–MS (Xevo TQ-GC): pyrolyzační teplotní program 0→750 °C (20 °C/ms); EI 70 eV, rozsah m/z 10–650.
• Pyrolyzér CDS 5000 připojený k GC–QToF s APGC (Xevo G2-XS QTof): podobný teplotní program; corona proud 3 μA; režim MSE s nízkou (6 V) a vysokou energii (15–45 V); rozsah m/z 10–1500.

Hlavní výsledky a diskuse

Interní knihovny byly vytvořeny ze standardních polymerů a integrovány do platformy NIST. Příklad: biobázíová slámka vykázala v py-GC-EI-MS a py-APGC-QToF MS silnou shodu s PLA (skóre ~830–866). Soft ionizace APGC umožnila detekci protonovaných molekulárních iontů u nylonu 6 (m/z 194,2374) a tetrameru polystyrenu (m/z 416). Režim MSE poskytl souběžná spektra prekurzorů a fragmentů, což výrazně zrychlilo určení struktury migrace erucamidu z biobázíových pytlů.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšená spolehlivost identifikace polymerů díky kombinaci fragmentačních vzorů a molekulárních iontů.
• Možnost rychlé identifikace biobázíových a recyklátových materiálů.
• Režim MSE usnadňuje strukturální elucidaci neznámých složek bez nutnosti čistých referenčních standardů.
• Flexibilita obou platforem pro rutinní QA/QC i výzkumné aplikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření interních knihoven o specializované polymery a kopolymery, integrace s databázemi pro mikroplasty a environmentální vzorky, a automatizace workflow pro vysokoobjemové analýzy. Dále lze kombinovat APGC-QToF MS s doplňkovými technikami, jako je GC×GC pro lepší separaci komplexních směsí.

Závěr

Kombinovaný přístup py-GC-EI-MS a py-APGC-QToF MS s interními spektrálními knihovnami prokázal vysokou účinnost při identifikaci polymerů a přísad. Soft ionizace a režim MSE významně zlepšují detekci molekulárních iontů a usnadňují strukturní charakterizaci, což posouvá analytickou chemii polymerů k rychlejším a spolehlivějším výsledkům.

Reference

1. Welle F., Franz R. Recycling of Post-Consumer Packaging Materials into New Food Packaging Applications—Critical Review of the European Approach and Future Perspectives. Sustainability. 2022;14:824.
2. Tsuge S., Ohtani H., Watanabe C. Pyrolysis-GC/MS Data Book of Synthetic Polymers. 2011.
3. Peacock P. M., McEwen C. N. Mass Spectrometry of Synthetic Polymers. Anal. Chem. 2006;78(12):3957–3964.
4. Stevens DM, Cabovska B, Bailey AE. Detection and Identification of Extractable Compounds from Polymers. Waters Application Note. 2012 Jan;720004211en.
5. Hill AW., Mortshire-Smith RJ. Automated assignment of high-resolution collisionally activated dissociation mass spectra using a systematic bond disconnection approach. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2005;19(21):3111-3118.