Characterization of Polymers by Multi-Step Thermal Desorption/Programmed Pyrolysis Gas Chromatography Using a High Temperature PTV Injector

Význam tématu

Analytické stanovení složek polymerních materiálů a jejich příměsí je klíčové pro kontrolu kvality, odhalování degradace a optimalizaci výrobních procesů. Vysoce výkonná chromatografie s řízenou termickou desorpcí a pyrolytickou analýzou umožňuje rychlou a citlivou identifikaci jak nízkomolekulárních aditiv, tak makromolekulárních složek vkomplexních směsích plastů.

Cíle a přehled studie

Účelem práce je představit jednoduché, cenově dostupné a univerzální uspořádání pro vícestupňovou termickou desorpci a programovaný pyrolytický rozklad polymerů přímo v PTV injektoru. Studie demonstruje optimalizaci teplotních úrovní, vyhodnocuje reprodukovatelnost a ukazuje aplikaci na směs polykarbonátu (PC), polybutylentereftalátu (PBT) a modifikátorů.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatograf: Shimadzu 17A s programovatelným ohřevem až do 450 °C
• Kolona: HT Simdist 10 m × 0,25 mm i.d. × 0,15 µm (Chrompack)
• Injektor: OPTIC 600 PTV (Ai Cambridge), max. 600 °C, výměnný liner s křemennou fritou
• Otvírací studená past (kryotrapping) připojená pod injektor pro efektivní re-fokus vysoce těkavých produktů
• Detektor: FID při 435 °C; tok H2 s konstantními průtoky, rozdělovací poměr 1 : 54
• Podpora dat: Perkin Elmer Nelson 1022, Multilab systém
• Doplňkové analýzy: TGA (Perkin Elmer Series 7), SFE (Carlo Erba SFC 3000) a GC-MS pro identifikaci aditiv

Hlavní výsledky a diskuse

1. Optimalizace teplotních úrovní: 200 °C pro uvolnění zbytkových monomerů a nízkovroucích aditiv; 320 °C pro středně těkavé sloučeniny a produkty transesterifikace; 500 °C pro degradáty polymerů; 600 °C pro pyrolytické fragmenty zbývající makromolekulární matrice.
2. Komparativní chromatogramy čistých složek (Irganox 1076, AO 2246, PETS, PC, PBT, ABS) umožnily jednoznačné přiřazení píků ve složité směsi polymerního vzorku.
3. Vysoce molekulární komponenty (PETS) byly převedeny bez ztrát díky absenci horkých transportních linek.
4. Reprodukovatelnost: RSD retencí u vybraných degradátů pod 0,2 %; relativní RSD plošných integrálů do 18 %, dostačující pro kvalitativní analýzu.

Přínosy a praktické využití metody

• Integrální analýza polymerních směsí v jediném systému bez nutnosti externího pyrolyzéru či termodesorbéru.
• Rychlost a flexibilita: čtyři teplotní kroky lze provést sekvenčně na jednom vzorku.
• Vysoká selektivita a citlivost pro detekci aditiv, degradátů i samotné polymerní struktury.
• Bezpečné zacházení s makromolekulárními produkty – minimalizace rizika kontaminace a ztrát.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace detekce pomocí hmotnostní spektrometrie s vysokoteplotní GC pro přesnější identifikaci degradačních markerů.
• Rozšíření metodiky na složité kopolymerní systémy a biologicky rozložitelné polymery.
• Automatizace vážení a dávkování vzorků pro zlepšení kvantitativní reprodukovatelnosti.
• Využití multidimenzionální chromatografie (GC×GC) pro hlubší rozlišení směsných analyzovaných komponent.

Závěr

Navržená vícestupňová termodesorpce spojená s programovaným pyrolytickým rozkladem v PTV injektoru představuje účinný, variabilní a ekonomický přístup k úplné charakterizaci polymerních materiálů a jejich aditiv. Metoda nabízí široké možnosti aplikace v průmyslových i výzkumných laboratořích a tvoří základ pro další rozvoj analytických technik v oblasti polymerní chemie.

Reference

1. Bark L.S., Allen N.S.: Analysis of Polymer Systems, Applied Science, London (1982).
2. Barth H.G., Mays J.W.: Modern Methods of Polymer Characterization, Wiley, New York (1991).
3. Haslam J., Willis H.A.: Identification and analysis of plastics, Van Nostrand, London (1965).
4. Berezkin V.G. a kol.: Gas chromatography of Polymers, Elsevier, Amsterdam (1991).
5. Liebman S.A., Wampler T.P., Levy E.J.: Sample Introduction in Capillary GC, Vol. 1, Huethig, Heidelberg (1985).
6. Hu J.C.A.: J. Chromatogr. Sci. 19 (1981) 634.
7. Watanabe O. a kol.: J. High Resol. Chromatogr. 14 (1991) 269.
8. van Lieshout H.P.M., Janssen H.-G., Cramers C.A.: Proceedings 16th ISCC, Huethig, Heidelberg (1994) 1112.