Analysis of Mixed Polymer Sample as Microplastics using Pyrolysis GC/MS

Význam tématu

Microplasty o velikosti od několika μm do několika mm představují závažný environmentální problém kvůli možnostem bioakumulace a šíření škodlivých látek v ekosystémech. Pro přesné sledování a hodnocení toxicity těchto částic je nutné využít citlivé a selektivní analytické metody. Pyrolyzní plynová chromatografie s hmotnostní detekcí (Py-GC/MS) se ukazuje jako účinný nástroj pro identifikaci jednotlivých polymerů v komplexních vzorcích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat možnost kvalitativní identifikace čtyř běžných polymerů (PE, PP, PS, PVC) smíchaných do modelového vzorku mikročástic. Studie popisuje přípravu vzorku, optimalizaci podmínek pyrolyzy a chromatografie a následnou detekci charakteristických pyrolyzních produktů pomocí SIM režimu hmotové spektrometrie.

Použitá instrumentace

• Pyrolyzer: EGA/PY-3030D multi-shot s automatickým podavačem AS-1020E (Frontier Laboratories Ltd.)
• GC-MS: GCMS-QP2020 NX (Shimadzu)
• Kolona: UA-5 (MS/HT), délka 30 m, vnitřní průměr 0.25 mm, tloušťka filmu 0.25 μm

Použitá metodika

Vzorky (~0.05 mg polymerních fragmentů) byly vloženy do pyrolytického kelímku s přídavkem ~1 mg vlny proti rozptylu. Pyrolyza probíhala při 600 °C, interfázová a vaporizační teplota 300 °C. GC program zahajoval na 40 °C (2 min), poté rampu 10 °C/min do 320 °C (16 min). Nosný plyn helium, režim vstřiku split 1:50, konstantní lineární rychlost 36.1 cm/s. MS detekce probíhala v režimu Scan (m/z 29–700) a SIM s dobou události 0.15 s.

Hlavní výsledky a diskuse

TIC chromatogram modelového vzorku byl značně komplexní, což znemožnilo jednoznačné určení jednotlivých polymerů. Využitím SIM režimu se však podařilo selektivně zaznamenat charakteristické pyrolyzní fragmenty:

• PE: C20 alkany a alkeny (m/z 99, 97, 95), 2,4-dimethylhept-1-ene (m/z 126)
• PP: 2,4,6,8-tetramethyl-1-undecene (m/z 111)
• PS: styren (m/z 104), 3-butene-1,3-dibenzene (m/z 208), 5-hexene-1,3,5-tribenzene (m/z 312)
• PVC: benzen (m/z 78), 1-chloroindan (m/z 116), dihydronaphthalene (m/z 130), azulene (m/z 128)

Na základě retenčních časů a intensit SIM signálů bylo možné přesně určit obsah každého polymeru ve vzorku.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda Py-GC/MS nabízí vysokou citlivost a selektivitu pro kvalitativní analýzu mikročástic z polymerů v komplexních matricích. Umožňuje spolehlivou identifikaci kombinací polymerů v environmentálních vzorcích, což je klíčové pro monitorování znečištění, hodnocení rizik a QA/QC v průmyslových i výzkumných laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metodiky na širší spektrum polymerů a jejich směsí.
• Kvantitativní analýza mikročástic pomocí standardních kalibrací.
• Integrace s FTIR mikroskopií pro komplementární identifikaci a velikostní analýzu.
• Aplikace v ekotoxikologii, sledování životního prostředí a v potravinářských či farmaceutických odvětvích.

Závěr

Py-GC/MS metoda prokázala schopnost kvalitativně rozlišit a identifikovat jednotlivé polymery v modelovém mixu PE, PP, PS a PVC. Díky selektivnímu monitorování pyrolyzních produktů lze tuto techniku využít jako nový standard pro analýzu mikročástic v environmentálních i průmyslových vzorcích.

Reference

1. M. Fisher, B. M. Scholz-Böttcher, Environ. Sci. Technol., 51, 5052–5060 (2017)
2. S. Tsuge, H. Ohtani, C. Watanabe: Pyrolysis-GC/MS Data Book of Synthetic Polymers – Pyrograms, Thermograms and MS of Pyrolyzers –, 1st Edition, Elsevier, 420 (2011)