Comparison of Pyrolysis behavior between Block and Random Copolymer with Py-GC/APGC-QTof MS and multivariate data analysis

Význam tématu

Pyrolytická gas chromatografie se spektrometrií hmotnostní analýzy (Py-GC/MS) představuje zásadní nástroj pro detailní rozklínek polymerní struktury a identifikaci polymerních přísad. Porovnání chování při pyrolytickém rozkladu block a náhodných kopolymerů umožňuje lépe pochopit vliv mikrostruktury na vlastnosti materiálů, což je klíčové pro kontrolu kvality, vývoj funkčních polymerů a aplikace v polovodičovém či zobrazovacím průmyslu.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřuje na porovnání pyrolytické degradace styren-kyselina akrylová block kopolymeru a jeho náhodného protějšku. Hlavním cílem bylo využití Py-GC/APGC-QTof MS ve spojení s multivariační analýzou (OPLS-DA) k extrakci charakteristických markerů, které jednoznačně odliší oba typy mikrostruktury.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky block a random kopolymeru polystyrenu-poly(akrylové kyseliny) byly analyzovány trojnásobně po odvážení 50 μg do kovových kapslí pyrolyzéru EGA/PY-3030D (Frontier Lab). Pyrolýza probíhala při 500 °C pod inertní atmosférou. Produkty pyrolytického rozkladu byly separovány na kapilární kolóně Rtx-5MS (60 °C→300 °C) v GC Agilent 7890B s přívodem helia (1,2 mL/min) a detekovány na Xevo G2-XS QTof se zdrojem APGC. Spektra byla získávána paralelně v režimech nízké (2 eV) a vysoké energie (ramp 5–35 eV), rozsah m/z 50–1200, lock mass m/z 355,0705. Pro multivariační analýzu byl použit software Progenesis QI a OPLS-DA k extrakci S-plot markerů.

Hlavní výsledky a diskuse

OPLS-DA odhalila u block kopolymeru významné pyrolytické produkty tvořené styren-dimerem navázaným na akrylový dimer a styren-trimerem. U náhodného kopolymeru byly identifikovány fragmenty s vazbou α-C–α-C a β-C–β-C mezi fenylovou a karboxylovou skupinou, což svědčí o nepravidelném střídání monomerů. MSE akvizice dovolila přesně určit přesné hmotnosti molekulárních a fragmentačních iontů a tím podpořit korektní elementární složení jednotlivých markerů.

Přínosy a praktické využití metody

• Současné získání MS a MS/MS dat bez přepínání zdrojů zvyšuje analytickou efektivitu.
• APGC zajišťuje měkkou ionizaci, zachování molekulárního iontu a redukci fragmentace.
• Jednoduché spektrum zvyšuje spolehlivost multivariační analýzy a extrakci markerů.
• Přesné stanovení elementárního složení podporuje strukturní elucidaci v industriálním i výzkumném prostředí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření použití APGC-QTof MS pro další typy kopolymerů a kompozitních materiálů. Integrace strojového učení pro automatizovanou detekci markerů může dále zvýšit rychlost a přesnost analýz. Metodika má potenciál vylepšit QC procesy ve výrobě fotorezistů, biopolymerů nebo recyklovaných plastů.

Závěr

Spojení pyrolytického rozkladu s měkkou ionizací APGC a vysokým rozlišením QTof MS spolu s multivariační analýzou se ukázalo jako robustní přístup k rozlišení block vs. random kopolymerů. Metoda přináší vysokou citlivost, schopnost simultánního záznamu fragmentačních dat a přesné stanovení elementárního složení, což výrazně rozšiřuje možnosti strukturního výzkumu polymerů.