Fast Analysis of Phthalates

Význam tématu

Plastifikátory (ftaláty) jsou běžné přísady do polymerních materiálů a nevázané formou se uvolňují do okolí a produktů. Kontrola jejich přítomnosti je regulovaná a vyžaduje vysokou analytickou propustnost i spolehlivou identifikaci. Rychlé skríningové metody umožňují provést předvýběr vzorků pro podrobnější kvantifikaci, čímž zvyšují produktivitu laboratoří a snižují náklady na testování.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout na jednom hardwarovém uspořádání dvě komplementární metody GC/MS: rychlou screeningovou metodu (separace ftalátů za ~4,5 min, celkově 5,25 min s midcolumn backflush) a konvenční metodu s vyšším chromatografickým rozlišením (celkem 12,25 min). Studie se zaměřila na 19 běžně sledovaných ftalátů a optimalizovala parametry jako teplotní program, volbu kolony, nosný plyn a použití midcolumn postrun backflushu.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda kombinovala pulsní splitless injekci, hydrogenní nosný plyn a středně polaritu vhodnou kolonu pro udržení rozlišení při rychlých rampách. Klíčové kroky:

• Optimalizace teplotního programu: velmi rychlé rampy v 8850 GC umožnily dramatické zkrácení doby analýzy bez ztráty separace při vhodné fázi kolony.
• Volba kolony: Agilent J&W DB-EUPAH 20 m × 0.18 mm × 0.14 μm (rozřezaná na dvě 10 m sekce) poskytla lepší eluciční pořadí a rozlišení při rychlých rampách než standardní HP-5ms při stejných podmínkách.
• Nosný plyn: vodík použit jako nosný plyn (in-house 99.9999 %) zkracuje časy analýzy a nahrazuje helium v situacích jeho nedostatku.
• Midcolumn postrun backflushing: po eluci cílových analyzátů se první část kolony vypláchne zpětným prouděním (flows ~7.2–7.5 mL/min) po dobu 0.75 min, čímž se odstraní těžší matrice a eliminuje dlouhý bakeout.
• Detekce: Agilent 5977C GC/MSD v režimu SIM, Inert Plus EI zdroj s 9 mm extraktorovým čočkou, vhodný pro většinu cílových ftalátů bez výrazné hydrogenační reaktivity.

Použitá instrumentace

Hlavní komponenty použitého sestavení:

• Agilent 8850 GC s modulárním PSD (pneumatic switching device) pro řízení purge a midcolumn backflush
• Agilent 5977C GC/MSD s Inert Plus EI zdrojem (9 mm extraktorová čočka) a turbosměšovacím čerpadlem
• Agilent 7693A automatický podavač kapalin (syringe Agilent Blue Line 10 μL)
• Kolona Agilent J&W DB-EUPAH 20 m × 0.18 mm × 0.14 μm (rozřezána na dvě 10 m sekce a spojena pomocí PUU unionu)
• Ultra Inert inlet liner (glass wool), Ultra Inert gold inlet seal, PTFE-uzávěry a kryty

Hlavní výsledky a diskuse

Separační výkon a doba analýzy:

• Rychlá metoda: všechny 17 změřené ftaláty byly adekvátně rozděleny do 4.5 min (konečná doba včetně 0.75 min backflush 5.25 min). DIDP a DINP (směsi izomerů) vyžadovaly delší eluci a byly kalibrovány na vyšší rozsahy.
• Konvenční metoda: pomalejší program poskytl vyšší chromatografické rozlišení s celkovou dobou ~12.25 min; stejný hardware tak umožňoval jak skríning, tak potvrdicí analýzu.

Kalibrace a limity detekce:

• Kalibrace 17 ftalátů v rozmezí 1–1000 pg: u rychlé metody 5 látek vykazovalo lineární závislost, 12 požadovalo kvadratické fitování; u konvenční metody bylo 15 lineárních a 2 kvadratické.
• DINP a DIDP byly kalibrovány v rozsahu 50–20 000 pg (u rychlé metody bylo použito 100–20 000 pg pro DINP); pro tyto směsi izomerů bylo nutné kvadratické vyrovnání.
• Instrumentální meze detekce (IDL) ležely na úrovni jednotek pikogramů pro většinu komponent; některé sloučeniny měly IDL vyšší (např. DMEP).

Poznámky k hydrogenu a zdroji EI:

• Použití vodíku přineslo znatelné zkrácení analýz, avšak vyžaduje kontrolu čistoty plynu a vhodný EI zdroj. HydroInert zdroj je doporučen pro sloučeniny citlivé na hydrogenaci, nicméně Inert Plus se 9 mm čočkou poskytl v tomto případě srovnatelnou výkonnost.

Praktická ukázka:

• Rychlý skríning extraktu ze staré uzávěrové části pera potvrdil přítomnost DEHP, DBP, DIBP, BBP a DEP; výsledky byly konzistentní s obdobnými studiami.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přínosy:

• Možnost provádět rychlý skríning s následným potvrzením na stejné aparatuře bez přestavby metodiky.
• Výrazné zvýšení propustnosti laboratoře díky analýzám trvajícím jen několik minut.
• Snížení závislosti na heliu díky použití vodíku jako nosného plynu.
• Midcolumn backflush minimalizuje carryover a eliminuje dlouhé pečení kolony, čímž se zkracuje čas mezi běhy a snižuje opotřebení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry aplikací a vývoje:

• Širší adopce vodíku jako ekonomičtější a rychlejší alternativy k heliu, včetně standardizace postupů konverze a bezpečnostních opatření.
• Větší využití rychlých GC systémů s malou hmotou trouby a vysokými rampami pro skríning dalších skupin látek v průmyslové a environmentální analytice.
• Rozvoj a šíření nízkokatalytických zdrojů EI (např. HydroInert) pro případy, kdy je riziko hydrogenačních reakcí vysoké.
• Integrace midcolumn backflushů a automatizovaného řízení purge do rutinních pracovních postupů pro zpracování složitých matric (biologické, potravinářské, polymerní).
• Možná kombinace s vysokorychlostními vzorkovači a pokročilou automatizací kalibrací pro zvýšení throughputu v kontrolách kvality.

Závěr

Studie ukázala, že použitím Agilent 8850 GC s 5977C GC/MSD, hydrogenního nosného plynu, vhodné kolony DB-EUPAH a midcolumn backflush lze analyzovat 19 ftalátů buď jako velmi rychlý skríning (celkem 5.25 min), nebo jako konvenční potvrzovací metoda (12.25 min) bez změny fyzické konfigurace přístroje. Metoda poskytuje nízké IDL, vhodné kalibrační rozsahy a praktické řešení pro zpracování vzorků obsahujících těžší matrici.

Reference

• Agilent EI GC/MS Instrument Helium to Hydrogen Carrier Gas Conversion. Agilent Technologies User Guide, publication 5994-2312EN, 2022.
• Quimby B. Analysis of Phthalates Using the Agilent 5977C GC/MSD with Hydrogen Carrier Gas. Agilent Technologies application note, publication 5994-8354EN, 2025.
• Bushey J. Phthalate Analysis Using an Agilent 8890 GC and an Agilent 5977A GC/MSD. Agilent Technologies application note, publication 5994-0483EN, 2018.