Characterization of Plastics Using Mass Spectral Reference Libraries Developed From Pyrolysis-APGC-QToF MS

Význam tématu

Pyrolýza spojená s plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií je zásadní pro identifikaci složek polymerních materiálů, které nelze běžně rozpustit či analyzovat. Vytvoření spektrálních knihoven pyrolýzních produktů zvyšuje spolehlivost a rychlost detekce chemických struktur v praxi laboratorní kontroly kvality, výzkumu i průmyslové analytiky.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout a ověřit in-house spektrální knihovny pro dva analytické přístrojové koncepty – klasickou elektronovou ionizaci (py-GC-EI-MS) a měkkou ionizaci s vysokým rozlišením (py-APGC-QToF MS) – a demonstrovat jejich využití při identifikaci reálných vzorků plastů, např. PET a bioplasty PLA.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky polymerních standardů byly pyrolýzou CDS 5000 (CDS Analytical) zahřívány z 310 °C na 750 °C s rychlostí 20 °C/ms. Produkty byly separovány na GC kolonu Rtx-5MS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm; RESTEK) při průtoku 1 mL/min a gradientu 45–300 °C. Konfigurace MS:

• py-GC-EI-MS (Xevo TQ-GC): EI (+), 70 eV, m/z 10–650.
• py-APGC-QToF MS (Xevo G2-XS QTof): APGC (+), měkká ionizace, m/z 10–1500, režim MSE (nízká energie 6 V, vysoká 15–45 V).

Hlavní výsledky a diskuse

Obě platformy umožnily vytvořit spektrální knihovny z průměrných pyrogramů polymerních standardů a integrovat je do formátu NIST. Vyhledávání na reálných vzorcích PET a PLA dosáhlo shod forward/reverse > 800, což indikuje vysokou pravděpodobnost správné identifikace. Py-APGC-QToF přineslo výhody lepší citlivosti na molekulární ionty díky měkké ionizaci.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a spolehlivá identifikace polymerních složek ve vzorcích plastů i bioplastů.
• Podpora QA/QC procesů v recyklaci, výrobě plastových obalů a aditivace.
• Možnost rozšíření komerčních knihoven o pyrolýzní spektra.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření objemu spektrálních knihoven o nové polymerní a biopolymerní materiály.
• Integrace vysokorozlišené MSE fragmentační analýzy pro detailnější strukturální poznatky.
• Automatizace procesu vyhledávání a hodnocení shody v rámci laboratorního softwaru.

Závěr

Obě metody py-GC-EI-MS a py-APGC-QToF MS jsou efektivní pro tvorbu spektrálních knihoven z polymerních standardů a následné rychlé vyhledávání ve vzorcích plastů. APGC-QToF nabízí díky měkké ionizaci a vysokému rozlišení vyšší důvěru v identifikaci molekulárních iontů a neznámých sloučenin.

Reference

1. Suge S., Ohtani H., Watanabe C. Pyrolysis-GC/MS Data Book of Synthetic Polymers. 2011.
2. Peacock P. M., McEwen C. N. Mass Spectrometry of Synthetic Polymers. Anal. Chem. 2006;78(12):3957–3964.
3. Sanig R., Cojocariu C., Jones R. Pyrolysis-gas chromatography-high resolution mass spectrometry with soft ionization for increased confidence for polymer characterization. Waters Application Note 720007599, April 2022.
4. NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library Compound Scoring: Match Factor, Reverse Match Factor, and Probability. Jordi Labs.