Pyrolysis and GC×GC-MS. A hot topic!

Význam tématu

Pyrolýza v kombinaci s dvourozměrnou chromatografií GC×GC-MS představuje pokročilý analytický nástroj pro komplexní charakterizaci polymerů a dalších organických materiálů. Umožňuje sledovat tepelné rozložení materiálů, identifikovat široké spektrum pyrolyzačních produktů a rozlišovat složky ve složitých maticích. Tato metoda nachází uplatnění v oblasti recyklace plastů, hodnocení biodegradace a výzkumu nových palivových a chemických procesů.

Cíle a přehled studie / článku

Autoři představují praktické zkušenosti z kombinace pyrolýzy a GC×GC-MS v laboratoři zahrnující instrumentaci, softwarové nástroje a aplikaci na příkladu analýzy degradace polyethylenu. Ukazují problematiku falešných označení biodegradabilních plastů a demonstrují, jak pokročilé analytické postupy mohou odhalit skutečné složení vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

V laboratoři byl použit následující přístrojový park:

• Hmotnostní spektrometr JEOL AccuTOF GC-Alpha s kombinovanými iontovými zdroji EI/CI/PI, včetně přímé vkládací sondy
• Frontier Lab Multi-Shot Pyrolyzer (EGA/PY-3030D) pro řízenou pyrolytickou dekompozici
• GC kolona Agilent 8890 pro primární separaci
• SepSolve Insight termický modulátor pro dvourozměrnou GC×GC
• HTA 2800T autosampler pro kapalné vzorky, headspace a SPME

Analýzu dat zajišťují softwarové nástroje:

• ChromSpace (SepSolve) pro řízení modulátoru a základní analýzu chromatogramů
• AnalyzerPro XD (SpectralWorks) s automatickou dekonvolucí a srovnáním vzorkových šarží
• GC Image pro grafické zpracování a zobrazení GC×GC dat
• msFineAnalysis AI (JEOL) pro pokročilou kvalitativní analýzu s podporou umělé inteligence a rozsáhlé databáze sloučenin

Hlavní výsledky a diskuse

Na příkladu vzorku deklarovaného jako polylaktid (PLA) byl odhalen pravý materiál – polyethylen. Pyrolýza GC-MS identifikovala charakteristické pyrolyzační fragmenty a GC×GC-TOFMS ukázala štěpné produkty C11–C13 aromátů a nasycených uhlovodíků jako tridekan. Oxidace LDPE vedla ke vzniku ketonů, aldehydů a karboxylových kyselin, jejichž relativní zastoupení bylo kvantifikováno pomocí acid čísla (16 mg KOH/g). Karboxylové kyseliny byly detekovány i jako minoritní vrcholy v celkovém chromatogramu a potvrzeny SICC pro fragment C2H4O2+. Výsledky zdůrazňují význam měření s vysokým rozlišením MS a měkkými ionizačními režimy CI, PI či FI pro kompletní charakterizaci degradovaných polymerů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší:

• Schopnost přesně určit chemické složení termicky rozložených materiálů
• Rozlišení blízkých sloučenin díky dvourozměrné chromatografii
• Identifikaci stopových oxidovaných produktů s vysokou citlivostí
• Aplikace v recyklaci plastů, kontrole kvality biodegradabilních materiálů a vývoji nových palivových procesů

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj AI podporovaných analytických platforem, které zrychlí a zpřesní identifikaci složitých směsí. Integrace elektronového zachycování negativních iontů by mohla zlepšit detekci kyselých materiálů. Kombinace s in silico modelováním pyrolytických mechanismů a optimalizace modulátorů GC×GC otevře nové možnosti v reálném čase sledování rozkladných procesů.

Závěr

Studie demonstruje, jak robustní spojení pyrolýzy s GC×GC-MS a pokročilými softwarovými nástroji odhaluje skutečné složení polymerních materiálů a poskytuje detailní pohled na produkty degradace. Tento přístup je klíčový pro hodnocení kvality plastů, recyklační procesy a výzkum ekologických a energetických aplikací.

Reference

• Zhao D, Wang X, Miller JB, Huber GW. The Chemistry and Kinetics of Polyethylene Pyrolysis: A Process to Produce Fuels and Chemicals. ChemSusChem. 2020;13:1764-1774.
• Pyrolysis GC/MS Data Book. ISBN 978-0-444-53892-5.