Microplastics Analysis using Micro-Furnace Pyrolyzer and F-Search MPs Software

Význam tématu

Microplasty o velikosti menší než 5 mm představují všudypřítomné znečištění přírodního prostředí a ohrožují ekosystémy i lidské zdraví. Díky své perzistenci se hromadí ve vodách, sedimentu i atmosféře a mohou působit toxické účinky na organismy i přenášet další kontaminanty potravním řetězcem.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem je představit standardizovaný postup analýzy směsí mikroplastů pomocí mikro-tavné pyrolyze spojené s GC/MS a softwaru F-Search MPs. Studie demonstruje přípravu kalibračních standardů s inaktivovaným SiO2 a CaCO3, metody EGA a TD/Py-GC/MS, a novou techniku F-Splitless pro zlepšení citlivosti měření.

Použitá metodika a instrumentace

• Pyrolysis-GC/MS na systému Frontier Lab Multi-Shot Pyrolyzer (EGA/PY-3030D) s mikrotavnou troubou
• Automatické vzorkovače Auto-Shot Sampler (AS-2020E) a Multi-Functional Splitless Sampler (MFS-2015E)
• MicroJet Cryo-Trap (MJT-2030E) pro rychlé zmražení pyrolyzátů
• Kolony UA+-5 a předkolony UAMP kit pro separaci pyrolyzátů
• Softwarové zpracování F-Search MPs pro automatickou identifikaci a kvantifikaci 12 typů polymerů
• Cryogenní mlecí mill IQ-MILL-2070 pro homogenizaci vzorků
• Kalibrační standardy mikroplastů (12 polymerů v SiO2/CaCO3) pro tvorbu kalibračních křivek

Hlavní výsledky a diskuse

• Inaktivované SiO2 bylo efektivní ředidlo pro 11 polymerů, CaCO3 bylo nezbytné pro detekci PU (MDI→MDA)
• LOD hodnoty pro charakteristické pyrolyzáty se pohybují mezi 0,03 a 1,90 µg; LOQ pro PS v SIM režimu až na 0,017 ng
• Metoda F-Splitless potlačuje sekundární rozklady pyrolyzátů a zvyšuje citlivost až 48× oproti split režimu, s vynikající opakovatelností (RSD < 5 %)
• Aplikace na environmentální vzorky (silniční prach, sedimenty, mořské odpadky) umožnila spolehlivou kvalifikaci a kvantifikaci PE, PP, PS, PVC, PET, PU, nylonů a dalších polymerů
• Pyrolytická katalýza na CaCO3 a zeolitech otevřela potenciál pro přeměnu odpadních MLP do aromatických sloučenin (BTEX)

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a automatizovaná analýza až 48 vzorků s minimem předchozí přípravy
• Možnost měření stopových koncentrací mikroplastů v komplexních matricích (sediment, voda, prach)
• Univerzální kalibrační standardy a softwarový workflow pro konzistentní data z různých laboratoří
• Využití v oblasti QA/QC v průmyslových továrnách, environmentálních laboratořích a výzkumných ústavech

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s on-line vzorkovači a dálkové monitorovací platformy
• Vývoj pokročilých katalyzátorů pro selektivní přeměnu plastových odpadů na hodnotné chemikálie
• Rozšíření databází pyrolyzátů pro nové polymery a bioplasty
• Umělá inteligence a strojové učení pro automatickou interpretaci pyrogramů

Závěr

Pokročilá mikro-tavná pyrolyza v kombinaci s GC/MS a inteligentním softwarem F-Search MPs představuje robustní a citlivý nástroj pro analýzu mikroplastů. Díky standardizovaným kalibračním směsím, inovativnímu řádění pyrolyzátů a metodě F-Splitless lze spolehlivě stanovit kvalitu a množství různých polymerů v komplexních vzorcích. Tento přístup otevírá nové možnosti v environmentální analýze, průmyslové kvalitě a recyklačním průmyslu.

Reference

• M. Matsueda et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis 154 (2021) 104993
• T. Ishimura et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis 157 (2021) 105188
• K. Tei et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis 168 (2022) 105707
• J-S Youn et al., Sci. Total Environ. 784 (2021) 147177