Polymer Degradation Mechanisms using Pyrolysis-GC/MS
Aplikace | 2004 | PerkinElmerInstrumentace
Analytická pyrolyza spojená s plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií (Py-GC/MS) umožňuje detailní charakterizaci polymerních materiálů bez potřeby rozpouštědel. Díky termickému rozkladu makromolekul na menší prchavé fragmenty lze odhalit strukturální vlastnosti polymerů, sledovat degradaci a identifikovat monomerní složky či nežádoucí příměsi. Tato metoda nachází uplatnění v polymerním výzkumu, kontrole kvality, forenzní analýze i deformulaci materiálů.
Tento aplikační report představuje tři základní mechanismy tepelné degradace polymerů: náhodné štěpení (random scission), „rozpalování“ řetězce po úsecích (unzipping) a eliminaci vedlejších skupin. Jako příklady byly vybrány polyethylen (PE), polymethylmethakrylát (PMMA) a polyvinylchlorid (PVC). K analýze byla použita sestava GC/MS PerkinElmer Clarus 500 s autosamplerem CDS Pyroprobe 2500.
Všechny vzorky (cca 100 µg) byly rychle pyrolyzovány při 750 °C po dobu 15 s. Klíčové parametry:
Instrumentace:
1) Random scission – Polyethylen
Pyrogram PE ukázal sérii trojic špiček odpovídajících příslušným alkanům, alkenům a dienům s postupně se prodlužujícími řetězci. Tento vzor reflektuje náhodné štěpení hlavního řetězce a tvorbu charakteristických oligomerů.
2) Unzipping – PMMA
Analýza PMMA odhalila dominantní jediný vrchol odpovídající monomeru methylmethakrylátu, což poukazuje na termickou depolymeraci („unzipping“) až na monomery.
3) Side-group elimination – PVC
U PVC se při pyrolyze nejdříve odštěpovala vedlejší skupina (Cl), vznikal HCl a silně nasycený řetězec, který následně dehydrogenoval a tvořil aromatické sloučeniny (benzen, toluen, xylene, naftalen).
Očekává se rozšíření metodiky v následujících oblastech:
Py-GC/MS se díky své jednoduchosti, spolehlivosti a detailnímu náhledu do struktury polymerů stává nepostradatelným nástrojem v analytické chemii polymerů. Metoda umožňuje rychlou identifikaci mechanizmů degradace, monomerových složek i vedlejších produktů.
1. Wampler T.P. (ed.), Applied Pyrolysis Handbook, Marcel Dekker, New York, 1995.
2. Wang F.C.-Y., The Microstructure Exploration of Thermoplastic Copolymers by Pyrolysis-Gas Chromatography, J. Anal. Appl. Pyrolysis 71 (2004) 83–106.
GC/MSD, Pyrolýza, GC/SQ
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobcePerkinElmer, CDS Analytical
Souhrn
Význam tématu
Analytická pyrolyza spojená s plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií (Py-GC/MS) umožňuje detailní charakterizaci polymerních materiálů bez potřeby rozpouštědel. Díky termickému rozkladu makromolekul na menší prchavé fragmenty lze odhalit strukturální vlastnosti polymerů, sledovat degradaci a identifikovat monomerní složky či nežádoucí příměsi. Tato metoda nachází uplatnění v polymerním výzkumu, kontrole kvality, forenzní analýze i deformulaci materiálů.
Cíle a přehled studie / článku
Tento aplikační report představuje tři základní mechanismy tepelné degradace polymerů: náhodné štěpení (random scission), „rozpalování“ řetězce po úsecích (unzipping) a eliminaci vedlejších skupin. Jako příklady byly vybrány polyethylen (PE), polymethylmethakrylát (PMMA) a polyvinylchlorid (PVC). K analýze byla použita sestava GC/MS PerkinElmer Clarus 500 s autosamplerem CDS Pyroprobe 2500.
Použitá metodika a instrumentace
Všechny vzorky (cca 100 µg) byly rychle pyrolyzovány při 750 °C po dobu 15 s. Klíčové parametry:
- Injektor GC: 300 °C
- Program pece: 40 °C (2 min), 6 °C/min až 295 °C (10 min)
- Kolona: Elite-5, 30 m × 0,25 mm I.D., 1 µm
- Přenosová linka a pyrolyzér: 300 °C
- Skenovací hmotnostní rozsah: 30–550 u, sken 0,39 s
Instrumentace:
- PerkinElmer Clarus 500 GC/MS
- CDS Analytical Pyroprobe 2500 Pyrolysis Autosampler
Hlavní výsledky a diskuse
1) Random scission – Polyethylen
Pyrogram PE ukázal sérii trojic špiček odpovídajících příslušným alkanům, alkenům a dienům s postupně se prodlužujícími řetězci. Tento vzor reflektuje náhodné štěpení hlavního řetězce a tvorbu charakteristických oligomerů.
2) Unzipping – PMMA
Analýza PMMA odhalila dominantní jediný vrchol odpovídající monomeru methylmethakrylátu, což poukazuje na termickou depolymeraci („unzipping“) až na monomery.
3) Side-group elimination – PVC
U PVC se při pyrolyze nejdříve odštěpovala vedlejší skupina (Cl), vznikal HCl a silně nasycený řetězec, který následně dehydrogenoval a tvořil aromatické sloučeniny (benzen, toluen, xylene, naftalen).
Přínosy a praktické využití metody
- Minimální příprava vzorku (bez rozpouštědel).
- Vysoká reprodukovatelnost (RSD ≈ 2 %).
- Možnost automatizace až 36 vzorků.
- Identifikace monomerů a specifických fragmentů pro účely kvality, forenzní analýzy či deformulace.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření metodiky v následujících oblastech:
- Analýza složitých kopolymerů a nanokompozitů.
- Vylepšené databáze MS spekter pro polymerní fragmenty.
- Integrované mikropyrolýzní systémy s real-time datovou analýzou.
- Široké nasazení v cirkulární chemii a recyklaci plastů.
Závěr
Py-GC/MS se díky své jednoduchosti, spolehlivosti a detailnímu náhledu do struktury polymerů stává nepostradatelným nástrojem v analytické chemii polymerů. Metoda umožňuje rychlou identifikaci mechanizmů degradace, monomerových složek i vedlejších produktů.
Reference
1. Wampler T.P. (ed.), Applied Pyrolysis Handbook, Marcel Dekker, New York, 1995.
2. Wang F.C.-Y., The Microstructure Exploration of Thermoplastic Copolymers by Pyrolysis-Gas Chromatography, J. Anal. Appl. Pyrolysis 71 (2004) 83–106.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Polymer Degradation Mechanisms using Pyrolysis - GC/MS
2014|PerkinElmer|Aplikace
FIELD APPLICATION REPORT GAS CHROMATOGRAPH Y Polymer Degradation Mechanisms u s i n g P y r o l y s i s- G C / M S Author: Thomas Wampler CDS Analytical, Inc. 465 Limestone Road Oxford , PA…
Klíčová slova
poly, polypyrolysis, pyrolysisunzipping, unzippingwampler, wamplerscission, scissionmacromolecule, macromoleculedelay, delayinterscan, interscanthomas, thomasoven, ovenperkinelmer, perkinelmerrandom, randomtransfer, transferline, linemultiplier
Material Characterization in the Automotive Industry Using Multi-Mode Pyrolysis GC/MS
|Frontier Lab|Příručky
Material Characterization in the Automotive Industry Using Multi-Mode Pyrolysis GC/MS: A COMPREHENSIVE GUIDE FOR PYROLYSIS GCMS TECHNIQUE AND ITS USE IN THE AUTOMOTIVE INDUSTRY Table of Contents Why Pyrolysis GC/MS? 1 Analytical Problems & Pyrolysis-Based Solutions 2 Polymer Processing 4…
Klíčová slova
frontier, frontierega, egalab, labrubber, rubberpolycarbonate, polycarbonatepyrolysis, pyrolysisresin, resinpbt, pbtpolybutylene, polybutylenereactive, reactivecurable, curableterephthalate, terephthalatethermal, thermalanalysis, analysisdegradation
Solving Analytical Problems using Multi-functional Pyrolyzer®
|Frontier Lab|Příručky
Solving Analytical Problems ® ® using Multi functional Pyrolyzer Multi-functional Version Version 1.3 1.3 - Polymer processing - Forensic - Energy - Additives - Coatings - Elastomers - Adhesives - Inks and paints - Paper and fibers - Consumer products…
Klíčová slova
ega, egazone, zonepyrolyzer, pyrolyzeracid, acidobtained, obtainedink, inkadditives, additivesfrom, fromthermal, thermalshot, shottmsh, tmshtmah, tmahanalyzed, analyzedunknown, unknownirradiation
Pyrolysis of Different Tea Bag Papers Using the Pyroprobe
|CDS Analytical|Aplikace
#197 Pyrolysis of Different Tea Bag Papers Using the Pyroprobe Application Note Food & Flavor Author: Karen Sam Abstract Pyrolysis of Tea bag Paper using a CDS Model 6150 Pyroprobe. Useful for competitive analysis, product development, regulation, and even forensic…
Klíčová slova
levoglucosan, levoglucosanoligomers, oligomersmethacrylate, methacrylatestyrene, styreneidentification, identificationkaren, karenmedication, medicationtrimer, trimerpapers, paperscapsules, capsulespyroprobe, pyroprobesam, sambenzoate, benzoatebag, bagcompetitive