Effect of hydrogen carrier gas on Py-GC/MS analysis of polymers Part 2 Hydrogenation of HDPE pyrolyzates in EI source of MS

Význam tématu

Analýza polymerů pomocí pyrolýzy spojené s plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií (Py-GC/MS) umožňuje rychlou identifikaci a kvantifikaci jednotlivých pyrolyzátů. Volba vodíku jako nosného plynu může kromě vyšší chromatografické účinnosti způsobit i částečnou hydrogenaci nesycených produktů, což ovlivňuje interpretaci dat. Pochopení tohoto jevu je klíčové pro přesnou charakterizaci polymerních materiálů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem tohoto technického sdělení je porovnat složení pyrolyzátů HDPE získaných za atmosféry helia a vodíku a vysvětlit mechanismus hydrogenace nesycených látek vznikajících při pyrolýze.

Použitá metodika a instrumentace

• Metodika: 200 µg práškového HDPE bylo pyrolýzováno při 600 °C v deaktivované nerezové nádobce. GC/MS analýza probíhala se split injektorem, programem peci 40 °C (2 min) → 320 °C (20 °C/min, 3 min hold) a tokem 1 mL/min.
• Instrumentace:
  • Multi-Shot Pyrolyzer (EGA/PY-3030D) s Auto-Shot Sampler (AS-1020E)
  • GC/MS systém s kolonkou Ultra ALLOY UA+-5 (30 m × 0,25 mm, df 0,25 µm)

Hlavní výsledky a diskuse

Pyrogramy oblasti C14 ukázaly, že vodík jako carrier gas zkracuje retenční časy díky vyšší lineární rychlosti. V helia atmosféře byl ion [M+2]+ (m/z 198) prakticky nepozorovatelný, zatímco při použití vodíku se objevuje se signifikantní intenzitou (izotopový poměr 196/198 = 100/3,41). Tento jev naznačuje částečnou hydrogenaci dvojné vazby buď na kolonce, nebo přímo v iontovém zdroji MS.

Přínosy a praktické využití metody

Vodík jako nosný plyn výrazně zrychluje analýzu a zároveň umožňuje kontrolovat stupeň hydrogenace nesycených pyrolyzátů. To je přínosné pro kvalitativní a kvantitativní hodnocení polymerů, kde je nutné rozlišit nasycené a nesycené složky.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metody na další typy polymerů a kompozitů.
• Integrace katalytické hydrogenace v průběhu separace k selektivnímu převedení nesycených látek.
• Optimalizace parametrů iontového zdroje pro řízenou hydrogenaci.
• Využití vodíku v kombinaci s pokročilou detekcí izotopů pro studium mechanizmů degradace polymerů.

Závěr

Použití vodíku jako nosného plynu v Py-GC/MS analýze HDPE vede k nechtěné, avšak opakovatelné hydrogenaci nesycených pyrolyzátů. Tento efekt je důležitý při interpretaci výsledků a navrhuje se brát jej v potaz při kvalitativní i kvantitativní polymerní analýze.

Reference

• A. Watanabe et al., Anal. Chem., 88 (2016) 5462–5468