Podrobná analýza neznámého polymeru a jeho aditiv pomocí systému Py-GC/MS

Spolu s hmotnostními spektry knihovna obsahuje informace o retenčních indexech, klasifikaci aditiv a rozkladných produktech, které umožňují podrobnou a zároveň komplexní analýzu. 

Tento článek popisuje analýzu neznámého polymeru pomocí tří analytických režimů na systému Py-GC/MS (MS s vyvinutým plynem, pyrolýzní GC/MS a GC/MS s tepelnou extrakcí) a odhad základního polymerního materiálu a aditiv obsažených v polymeru pomocí knihovny Polymer Additives Library a knihovny F-Search Polymer Library společnosti Frontier Laboratories. Základní materiál polymeru byl odhadnut na styren-butadienový kaučuk (SBR) obsahující antioxidační přísadu p-(p-toluen sulfonylamido)difenylamin (Nocrac TD).

Měření byla provedena pomocí multi-shot pyrolyzéru EGA/PY-3030D (Frontier Laboratories) a kvadrupólového hmotnostního spektrometru GCMS-QP2020 (Shimadzu). Pro kvalitativní analýzu přísad pomocí GC/MS s termickou extrakcí byla použita knihovna Polymer Additives Library a knihovna NIST. Knihovna F-Search Polymer Library (Frontier Laboratories) byla použita pro kvalitativní analýzu základního polymerního materiálu pomocí analýzy vyvinutého plynu MS a pyrolýzní analýzy GC/MS. Podrobné analytické podmínky jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1

Výsledky:

Termogram získaný ze vzorku pomocí analýzy MS s vyvinutým plynem je uveden na obr. 1. Přísady a další těkavé složky byly detekovány v rozmezí od 100 °C do přibližně 340 °C a při vyšších teplotách byl zjištěn pyrolyzát odvozený od polymeru. Hmotnostní spektrum tohoto pyrolyzátu bylo použito k vyhledávání pomocí F-Search EGA-MS Polymer knihovny, která odhalila 97 % spektrální podobnost se styren butadienovým kaučukem (SBR). Bylo také potvrzeno, že získaný termogram vzorku je podobný pyrogramu pro SBR. Na základě těchto výsledků byl základní polymerní materiál odhadnut jako SBR.

Obrázek 1

Dále bylo analyzováno hmotnostní spektrum skupiny píků detekovaných v pyrogramu získané pyrolýzní GC/MS analýzou pomocí F-Search Polymer Library (obr. 2). Tato analýza ukázala 96% spektrální podobnost se SBR. Bylo také potvrzeno, že získaný pyrogram vzorku je podobný pyrogramu pro SBR. Na základě výsledků bylo odhadnuto, že základním polymerním materiálem je SBR.

Obrázek 2

Na základě informací v termogramu získaném analýzou MS vyvíjeného plynu jsme provedli termickou extrakční GC/MS analýzu v teplotním rozsahu, který extrahoval těkavé látky (100-340 °C), poté byla provedena kvalitativní analýza hlavních píků pomocí knihovny NIST a knihovny polymerních aditiv (obr. 3).

Obrázek 3

Použití síťovacího činidla Irgacure a antioxidantů BHT, Nocrac M-17, Nocrac 6C a Nocrac CD bylo odhadnuto na základě výsledků vyhledávání v knihovně NIST a v knihovně polymerních aditiv. U píků A až D měly sloučeniny identifikované pomocí knihovny NIST pouze nízký stupeň podobnosti, což neposkytlo jasné výsledky. Ačkoliv pyrolysáty na pyrogramu bylo možné odhadnout pomocí Knihovny NIST, nebyli jsme schopni odhadnout původní přísady před jejich pyrolýzou. Mezitím nám u těchto píků Knihovna polymerních aditiv umožnila odhadnout sloučeninu spolu s informacemi o podobnosti, retenčních indexech a dalších parametrech (obr. 4). Píky A a B byly odhadnuty jako dibutyl-amin a butyl-izokyanát a na základě původních informací o přísadách obsažených v knihovně Polymer Additives Library jsme také odhadli, že tyto sloučeniny pocházejí z antioxidantu tributylthiomočoviny. Pík C byl odhadnut jako N-fenyl-1,4-benzendiamin a na základě původních informací o přísadách byl odhadnut jako pyrolyzát, který vznikl při tvorbě sloučeniny z píku D. Pík D byl odhadnut jako p-(p-toluen sulfonylamido)difenylamin (Nocrac TD), antioxidační přísada.

Obrázek 4

Závěr:

Knihovna polymerních aditiv nám umožnila odhadnout aditiva na základě píků, které jsme měli potíže identifikovat pomocí klasické knihovny. Knihovna Polymer Additives Library nám také umožnila snadno odhadnout původní aditivum z jeho detekovaných pyrolyzátů, což je úkol, který obvykle vyžaduje rozsáhlé zkušenosti a znalosti. Pomocí knihovny F-Search Polymer Library jsme také mohli odhadnout základní materiál neznámého polymeru. To ukázalo, že neznámý vzorek polymeru lze podrobně analyzovat pomocí kombinace knihovny Polymer Additives Library a knihovny F-Search Polymer Library.