VYUŽITIE CHROMATOGRAFICKÝCH METÓD NA CHARAKTERIZÁCIU PRODUKTOV STARNUTIA CELULÓZOVÝCH MATERIÁLOV

Význam tématu

Papír jako nosič historických dokumentů představuje důležitou součást kulturního dědictví, avšak dlouhodobé působení teploty, vlhkosti, kyselosti a znečištění vede ke zrychlenému stárnutí celulózy a vzniku degradovaných produktů. Studování těchto procesů je klíčové pro ochranu a konzervaci písemných sbírek a dokumentů, zajištění jejich stability a zachování čitelnosti.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem přehledového článku je shrnout možnosti použití chromatografických metod pro separaci a kvantifikaci hlavních produktů stárnutí papírových materiálů: sacharidů, organických kyselin, fenolických látek a prchavých organických sloučenin, a představit techniky hodnocení polymerizačního stupně celulózy.

Použitá metodika

V analýze degradovaných produktů papíru se uplatňují:

• HPLC v různých režimech: reverzní fáze (RP), iontově-výměnná (IEX), hydrofilní interakce (HILIC) a iontově-párová (IPC);
• GC s FID nebo MS detektorem pro prchavé látky (VOC) po případné derivatizaci;
• Kapilární elektroforéza (CE) a CE–MS pro separaci sacharidů a karboxylových kyselin;
• SEC (GPC) s refrakčními, UV/Vis a laserovými detektory (MALLS) pro určení distribuce molekulových hmotností a polymerizačního stupně;
• Derivatizační postupy (např. trikarbaniláty celulózy, dansylhydrazín, 1-fenyl-3-metyl-5-pyrazolon) pro zvýšení citlivosti detekce sacharidů a karboxylových kyselin.

Použitá instrumentace

V přehledu vystupují následující přístroje a komponenty:

• HPLC (kolóny C18, NH2, Polymer IEX-H, Zorbax-NH2, Aminex HPX-87P aj.); detektory UV/Vis, RI, ELSD, fluorescenční a elektrochemické;
• GC s kapilárními kolónami (DB-23, VOCOL) a FID či MS detektorem;
• Kapilární elektroforéza (CE) s UV/Vis či MS detekcí;
• SEC systémy s gelovými kolónami (PL gel MIXED B/C, DVB, ultrastyragel) a detektory RI, DAD, MALLS;
• Přístroje pro urychlené stárnutí (např. sušicí komora ASTM D 6819-02);
• Systémy SPE a SPME pro vzorkování z extraktů a plynné fáze.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza sacharidů: separace monosacharidů a disacharidů pomocí IEX-HPLC a HILIC-HPLC nebo RP-HPLC po derivatizaci; metody dosahují LOQ v řádu µg/ml.
Organické kyseliny: stanovení kyseliny octové a mravenčí hlavně IEX-HPLC (Polymer IEX-H, 0,009 M H2SO4) s LOD kolem desítek µg/ml. Alternativně GC-FID či UV přes deriváty.
Fenolové sloučeniny: RP-HPLC C18 s UV/DAD detekcí, případně HPLC-MS či UPLC-PDA; LOQ v µg/ml. SPME–GC-MS pro VOC z papíru.
Prchavé organické sloučeniny (VOC): identifikace karboxylových kyselin, aldehydů, alifatických a aromatických látek pomocí SPME–GC-MS (vlákna DVB/CAR/PDMS).
Polymerizační stupeň celulózy: SEC-MALLS a SEC-UV/Vis v LiCl/DMAc nebo CED-viskozimetrie; SEC-MALLS poskytuje přímou distribuci molárních hmotností bez kalibrace.

Přínosy a praktické využití metody

Vyspělé chromatografické přístupy umožňují citlivé, selektivní a kvantitativní stanovení degradovaných produktů papíru i ve stopových hladinách a malých vzorcích. To napomáhá detailnímu sledování chemického stavu historických dokumentů a hodnocení vlivu konzervačních zásahů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším rozvojem projdou techniky on-line koncentračního vzorkování, minimalizace destruktivity analýzy, využití miniaturizovaných a automatizovaných systémů (mikrofluidní HPLC, kapilární detekce) a kombinace chromatografie s mikroskopickými a spektroskopickými metodami pro multidisciplinární charakterizaci papírových artefaktů.

Závěr

Chromatografické metody představují klíčový nástroj pro sledování mechanizmů degradace a kvantifikaci produktů stárnutí papírových materiálů. Pokročilá detekční technika a vhodná volba separačních režimů umožňují vysokou citlivost, selektivitu a spolehlivost analýz i v náročných matricích.

Reference

1. ASTM 6819-02: Standard Test Method for Accelerated Temperature Aging of Printing and Writing Paper by Dry Oven Exposure Apparatus (2002).
2. Bansa H.: Restaurator 23, 106 (2002).
3. Zervos S., Lejeune A., Deprez T. (Eds.): Cellulose: Structure and Properties, Derivatives and Industrial Uses, Nova Science Publishers, New York 2010.
4. Dupont A. L., Egasse C., Morin A., Vasseur F.: Carbohydr. Polym. 68, 1 (2007).
5. Stephens C. H., Whitmore P. M., Morris H. R., Bier M. E.: Biomacromolecules 9, 1093 (2008).
6. Ruiz-Matute A. I., Hernandez-Hernandez O., Rodríguez-Sánchez S., Sanz M. L.: J. Chromatogr. B 879, 1226 (2011).
7. Weiz K., Alt M.: Fermentation 3, 1 (2017).
8. Hroboňová K., Lehotay J., Jablonský M., Katuščák S.: Chem. Listy 103, 744 (2009).
9. Yan X. (Ed.): Carbohydrate Analysis by HPLC, Nova Science Publishers, New York 2014.
10. Čablová I. et al.: Bioresources 12, 2618 (2017).