A fast, easy and “green” thermal desorption-GC/MS method for the analysis of phthalate esters in PVC

Význam tématu

Analýza ftalátů je nezbytná pro zajištění bezpečnosti spotřebních produktů a ochranu životního prostředí. Tyto běžné změkčovadla plastů se uvolňují z polymerních materiálů, což vede k expozici člověka i životního prostředí. Vzhledem k přísným regulacím v USA, EU, Kanadě či Japonsku je požadována rychlá, spolehlivá a šetrná analytická metoda.

Cíle a přehled studie

Studie představuje metodu ASTM D7823, která spojuje tepelnou desorpci (TD) s GC/MS pro kvantitativní stanovení šesti regulovaných ftalátů v PVC. Cílem je zjednodušit přípravu vzorku, minimalizovat spotřebu rozpouštědel a současně dosáhnout vysoké přesnosti a reprodukovatelnosti.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky lze analyzovat dvěma způsoby: tenkovrstvá („thin film“) aplikace roztoku ve THF na povrch kelímku a přímé zavedení mletého polymeru („direct“). Evolved gas analysis (EGA) slouží k určení rozsahu termické desorpce (100–320 °C). GC/MS detekuje uvolněné ftaláty na základě retenčních časů a charakteristických iontů. Kvantifikace probíhá metodou standard addition, která kompenzuje vliv matrice a pozadí kontaminace.

Použitá instrumentace

Frontier Laboratories EGA/PY-3030D nebo 2020iD pyrolyzer s autosamplerem AS-1020E
GC (UA-5, 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm, helia, 1,2 mL/min, split 1:20)
Injektor 300 °C, pec 80–200 °C (50 °C/min)–350 °C (15 °C/min)
MS (EI, 29–600 m/z, skenovací rychlost 2,57 scan/s, transfer line 300 °C, zdroj 230 °C)

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosahuje přesnosti 1–3 % RSD pro všechny šest ftalátů. Thin film vzorkování poskytuje lepší reprodukovatelnost než přímé odebírání prachového materiálu. Termická desorpce chrání chromatografickou kolonou před polymerní matricí a minimalizuje mezi-analytové přenosy. Standard addition ukázala lineární kalibraci s R² > 0,997, i při vysoké úrovni pozadí kontaminace.

Přínosy a praktické využití metody

• Plně automatizovaný proces přípravy a analýzy
• Minimální spotřeba organických rozpouštědel (10 mL na vzorek)
• Úspora času a nákladů spojených s klasickou extrakcí
• Vysoká kapacita laboratoře díky rychlému vyprázdnění systému
• Aplikovatelné na různé polymery (PVC, PE, PS, PC)

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření metody na širší spektrum ftalátů (až 15 sloučenin) a na další polymerní matrix. Integrace s vysoce citlivými MS systémy pro detekci ve stopových koncentracích. Vývoj interních matricových standardů pro posílení robustnosti kalibrace. Využití TD-GC/MS v online monitoringu a v rychlých kontrolách QA/QC.

Závěr

Metoda ASTM D7823 založená na tepelné desorpci-GC/MS v kombinaci se standard addition nabízí rychlý, ekologický a vysoce přesný postup pro stanovení ftalátů v polymerních materiálech. Eliminuje rozsáhlou chemickou přípravu, snižuje kontaminaci a splňuje současné regulační požadavky.

Reference

1. ASTM D7823-13 Standard Test Method for the Determination of Low Level, Regulated Phthalates in Poly(Vinyl Chloride) Plastics by Thermal Desorption-GC/MS.
2. CPSC Section 108 Products Containing Certain Phthalates.
3. Federal bans and interim bans on DEHP, DBP, BBP, DINP, DIDP, DNOP.
4. CPSC-CH-C1001-09.3 Standard Operating Procedure for Determination of Phthalates, April 2010.
5. Tsuge S., Ohtani H., Watanabe C., Applications of a multifunctional pyrolyzer for evolved gas analysis and pyrolysis-GC, American Laboratory, 2003.
6. Yuzawa T., Watanabe C., Freeman R., Tsuge S., Rapid and Simple Determination in Plastic Toys by Thermal Desorption-GC/MS, Anal. Sci., 2009.
7. ASTM D2124-99 (2004) Standard Test Method for Analysis of Components in Poly(Vinyl Chloride) Compounds Using an Infrared Spectrophotometric Technique.