Determination of chlorine, bromine, and sulfur in polyethylene materials using combustion IC with a carbonate/bicarbonate eluent

Význam tématu

Komplexní stanovení halogenů a síry v polyethylenových materiálech je klíčové pro kontrolu kvality, dodržení regulačních požadavků při recyklaci a zajištění dlouhodobé stability plastů proti degradaci.

Cíle a přehled studie

Cílem této práce bylo vyvinout a validovat automatizovanou metodu spalovací iontové chromatografie (CIC) s uhličitanovým/bikarbonátovým eluentem pro kvantitativní stanovení chloru, bromu a síry ve vzorcích polyethylenu (LDPE, LLDPE, HDPE a PVC). Metodu bylo dále ověřeno analýzou referenčního materiálu ERM EC680K a experimetry příměsí.

Použitá instrumentace

• Thermo Fisher Scientific Dionex Aquion IC system: Dual Piston Pump, Column Oven, ERS 500 Supressor
• Chromeleon 7.2 SR5 (CDS software)
• Mitsubishi AQF-2100H combustion system: HF-210 furnace, GA-210 gas absorption unit, ES-210 external solution selector, ABC-210 auto boat controller

Metodika

Vzorek (20–35 mg) se umístil do křemenné lodičky a spálil v proudu argonu, následně v kyslíku. Vzniklé halogenovodíky a oxidy síry byly absorbovány v roztoku obsahujícím peroxid vodíku a analyzovány na Dionex IonPac AS23 kolóně s 4,5 mM Na₂CO₃/0,8 mM NaHCO₃ eluentem a potlačenou vodivostní detekcí. Kalibrace probíhala přímou injekcí standardů prostřednictvím ES-210 a ověřovala se spalovacími standardy přes ASC-250L.

Hlavní výsledky a diskuse

• Opakovatelnost: RSD < 2 % pro Cl, Br, S; linearita v rozsahu 0,1–1,25 mg/L
• Obnova z referenčního materiálu ERM EC680K: 98–100 %
• Analýza vzorků (vodařička, pipeta, potravinová fólie, bublinková fólie): brom nebyl detekován, nejvyšší obsah síry v PVC fólii (~60 mg/L), chlor v rozmezí 3–90 ppm
• Příměsové experimenty: obnova chloru 87,8–128 %, síry 88,8–96,4 %

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaný postup zkracuje čas přípravy, eliminuje potřebu agresivních kyselin, minimalizuje environmentální zátěž a zvyšuje přesnost stanovení halogenů a síry v průmyslové kontrole kvality plastů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Implementace rychlých kolón s vyšší účinností
• Integrace spalovací IC s hmotnostní spektrometrií pro lepší selektivitu
• Vývoj přenosných a terénních CIC systémů
• Rozšíření pro stanovení dalších heteroatomů a kovových stabilizátorů v polymerech

Závěr

Popsaná metoda spalovací iontové chromatografie s uhličitanovým eluentem je spolehlivá, reprodukovatelná a univerzální pro stanovení chloru, bromu a síry v polymerech, což výrazně usnadňuje dodržování regulací i interní kontrolu kvality.

Reference

1. Deanin RD. Additives in plastics. Environ Health Perspect. 1975;11:35–39.
2. DIN EN 62321-3-2: Screening halogenů v polymerech spalovací iontovou chromatografií, 2016.
3. Thermo Fisher Scientific. Application Note 1145: Determination of Halogens in Coal by Combustion IC. 2016.
4. Thermo Fisher Scientific. Application Note 72349: Determination of Chlorine, Bromine, and Sulfur in Polyethylene Materials using CIC. 2017.
5. Thermo Fisher Scientific. Technical Note 72211: Combustion IC with a Dionex Integrion HPIC System. 2017.
6. Mitsubishi Chemical Analytech. Operation Manual for AQF-2100H. Sekce Absorption Unit GA-210.
7. Thermo Fisher Scientific. Dionex IonPac AS22 Fast IC Columns. 2020.
8. Thermo Fisher Scientific. Polymers and Plastics Information Learning Center.