Изображение на обложке

Исследование полимерных материалов модифицированным методом аналитического пиролиза

Ekaterina S. Dmitrieva

Аннотация


реди методов, позволяющих исследовать полимерные материалы, широко распространен метод пиролитической газовой хроматографии (ПГХ). Действующая нормативная документация по исследованию данным методом распространяется только на резиновые смеси, резины и резиновые изделия. К тому же ряд органических соединений и полимеров невозможно анализировать данным методом из-за отсутствия детектируемых продуктов пиролиза. Соединения, содержащие полярные функциональные группы (например, гидроксильные, карбоксильные), нередко вызывают проблемы при исследовании данным методом ввиду их термической лабильности, взаимодействия с неподвижной фазой хроматографической колонки. Данную проблему можно решить путем дериватизации проб: образующиеся летучие дериваты обычно более термически стабильны и менее полярны, вследствие чего улучшается разделение компонентов при хроматографировании, появляется возможность качественного анализа микроколичеств вещества и, главное, расширяется круг анализируемых органических соединений и полимеров. Классические методы предварительной дериватизации (силилирование, алкилирование, ацилирование) предполагают добавление к аналиту дериватизирующего агента с последующим выдерживанием смеси в течение времени, необходимого для завершения процесса дериватизации. В настоящей работе для идентификации полимеров некоторых типов, в том числе конденсационных полимеров, не образующих термически устойчивых продуктов пиролиза, предложено использовать модифицированный метод аналитического пиролиза с дериватизацией компонентов пиролизата гидроксидом тетраметиламмония (TMAH) in situ. Проведен сравнительный анализ газохроматографического исследования пиролизатов объектов с дериватизацией ТМАН in situ и в нативном виде. Преимущества предлагаемого метода показаны на продуктах различного типа, содержащих в своем составе полимерные вещества, представлены общие подходы по подготовке проб к исследованию данным методом, особенности интерпретации полученных хроматограмм.

Ключевые слова: идентификация полимеров, аналитический пиролиз, газовая хроматография, дериватизация, гидроксид тетраметиламмония (ТМАН)

Полный текст:

PDF

Литература


Williams C.G. On Isoprene and Caoutchine. Philos. Trans. R. Soc. London, 1860, vol. 150, pp. 241-255. doi:10.1098/rstl.1860.0016.

Alekseeva K.V. Piroliticheskaia gazovaia khromatografiia [Pyrolytic gas chromatography]. Moscow, Chemistry, 1985. 256 p. (in Russian).

GOST 28614-90. Rezina. Identifikatsiia polimerov (otdel'nykh polimerov i smesei) metodom piroliticheskoi gazovoi khromatografii [State standart 28614-90. Rubber. Identification of polymers (individual polymers and mixtures) by pyrolytic gas chromatography]. Moscow, 2005. 8 p. (in Russian).

Dettmer-Wilde K., Engewald W. Practical Gas Chromatography. A Comprehensive Reference. Springer Berlin, Heidelberg, 2014. 902 p.

Kossa W.L., MacGee J., Ramachandran S., Webber A.J. Pyrolytic methylation / Gas chromatography: a short review. J. Chromatogr. Sci., 1979, vol. 17, pp. 177-187. doi:10.1093/chromsci/17.4.177.

Challinor J.M. On mechanism of high temperature reactions of quaternary ammonium hydroxides with polymers. J. Anal. Appl. Pyrol., 1994, vol. 29, pp. 223-224. doi:10.1016/0165-2370(94)00801-9.

Challinor J.M. Review: the development and applications of thermally assisted hydrolysis and methylation reactions. J. Anal. Appl. Pyrol., 2001, vol. 61, pp. 3-34. doi:10.1016/s0165-2370(01)00146-2.

He Y., Buch A., Szopa C., Williams A.J., Millan M., Guzman M., Freissinet C., Malespin Ch., Glavin D.P., Eigenbrode J.L., Coscia D., Teinturier S., Pin lu, Cabane M., Mahaffy P.R. The search for organic compounds with TMAH thermochemolysis: from Earth analysis to space exploration experiments. Trends Anal. Chem., 2020, vol. 127, pp. 1-27. doi:10.1016/j.trac.2020.115896.

Shadkami F., Helleur R. Recent applications in analytical thermochemolysis. J. Anal. Appl. Pyrol., 2010, vol. 89, pp. 2-16. doi:10.1016/j.jaap.2010.05.007.

Buch A., Morisson M., Szopa C., Millan M., Freissinet C., He Y., Glavin D., Bonnet J.-Y., Coscia D., Williams A., Stalport F., Raulin F., Stambouli M., Teinturier S., Navarro-González R., Malespin C., Mahaffy P. Optimization of the TMAH thermochemolysis technique for the detection of trace organic matter on Mars by the SAM and MOMA-Pyr-GC-MS experiment. 49th LPSC Lunar and planetary science conference 2018. The Woodlands, United States, 2018.

Leidl M., Schwarzinger C. Pyrolysis and THM reactions of melamine and its resins. J. Anal. Appl. Pyrol., 2005, vol. 74, pp. 200-203. doi:10.1016/j.jaap.2004.11.001.

Tsuge S., Ohtani H., Watanabe C. Pyrolysis-GC/MS Data Book of Synthetic Polymers: Pyrograms, Thermograms and MS of Pyrolyzates. Amsterdam, Elsevier, 2011. 390 p.

Electric cables handbook / BICC Cables; edited by G.F. Moore. 3rd ed. Oxford, Blackwell Science Ltd., 1997. 1098 p.

Murphy J. Additives for Plastics Handbook. 2nd ed. Oxford, Elsevier Science Ltd., 2001. 484 p.

Challinor J.M. A pyrolysis-derivatisation-gas chromatography technique for the structural elucidation of some synthetic polymers. J. Anal. Appl. Pyrol., 1989, vol. 16, pp. 323-333. doi:10.1016/0165-2370(89)80015-4.

Tsuge S., Ohtani H. Structural characterization of polymeric materials by Pyrolysis-GC/MS. Polym. Degrad. Stab., 1997, vol. 58, pp. 109-130. doi:10.1016/S0141-3910(97)00031-1.

Chandrinos A. A Review of Polymers and Plastic High Index Optical Materials. J. Mater. Sci. Res. Rev., 2021, vol. 7, pp. 1-14.

Optima Glass & Lenses [Available at]: optima-hyper.com (accessed 27 October 2022).

Vision center. Trivex Eyeglass Lenses [Available at]: visioncenter.org/eyeglasses/trivex (accessed 27 October 2022).

Mitsui chemicals America [Available at]: https://us.mitsuichemicals.com/service/product/mr-series/index.htm#product-detail__tab-item-e9d5e26e6a-tab (accessed 27 October 2022).

Tsuge S., Ohtani H., Ishida Y. Characterization of end group in polycarbonates by reactive pyrolysis-gas chromatography. Polym. J., 1996, vol. 28, no. 12, pp. 1090-1095. doi:10.1295/polymj.28.1090.

Fischer M., Scholz-Böttcher B. M. Simultaneous trace identification and quantification of common types of microplastics in environmental samples by pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry. Environ. Sci. Technol., 2017, vol. 51, pp. 5052-5060. doi:10.1021/acs.est.6b06362.

Bouzid N., Anquetil C., Dris R., Gasperi J., Tassin B., Derenne S. Quantification of microplastics by pyrolysis coupled with gas chromatography and mass spectrometry in sediments: challenges and implications. Microplastics, 2022, vol. 1, pp. 229-239. doi:10.3390/micro Plastics1020016.

Gregoris E., Gallo G., Rosso B., Piazza R. Microplastics analysis: can we carry out a polymeric characterisation of atmospheric aerosol using direct inlet Py-GC/MS? // J. Anal. Appl. Pyrol., 2023, vol. 170, article 105903. doi:10.1016/j.jaap.2023.105903.

GOST R 53636-2009. Tselliuloza, bumaga, karton. Terminy i opredeleniia [State standart 53636-2009. Pulp, paper, cardboard. Terms and definitions]. Moscow, Standartinform Publ., 2011. 70 p. (in Russian).

Ishida Y., Ohtani H., Tsuge S. Effects of solvents and inorganic salts on reative pyrolysis of aromatic polyester in the presence of tetramethylammonium hydroxide studied by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry. J. Anal. Appl. Pyrol., 1995, vol. 33, pp. 167-180. doi:10.1016/0165-2370(94)00860-4.

Livshits M.L., Pshiialkovskii B.I. Lakokrasochnye materialy: spravochnoe posobie [Paint and varnish materials: reference guide]. Moscow, Chemistry, 1982. 360 p. (in Russian).

Pot U. Polyesters and alkyd resins. Hannover, Vincentz Network GmbH & Co. KG, 2005. 232 p. (Russ. ed.: Pot Ul'rikh. Poliefiry i alkidnye smoly (translate L.V. Kazakova). Moscow, Peint-Media, 2009. 232 p. (in Russian).

Coralli I., Goßmann I., Fabbri D., Scholz-Böttcher B. M. Determinations of polyurethanes within microplastics in complex environmental samples by analytical pyrolysis. Anal. Bioanal. Chem., 2023, vol. 415, pp. 2891-2905. doi:10.1007/s00216-023-04580-3.

De Souza F.M., Kahol P.K., Gupta R.K. Introduction to Polyurethane Chemistry. ACS Symposium Series, 2021, vol. 1380, pp. 1-24. doi:10.1021/bk-2021-1380.ch001.

Fischer M., Goßmann I., Scholz-Böttcher B. M. Fleur de Sel—An interregional monitor for microplastics mass load and composition in European coastal waters? J. Anal. Appl. Pyrol., 2019, vol. 144, article 104711. doi:10.1016/j.jaap.2019.104711.

Ohtani H., Nagaya T., Sugimura Y., Tsuge S. Studies on thermal degradation of aliphatic polyamides by pyrolysis-glass capillary chromatography. J. Anal. Appl. Pyrol., 1982, vol. 4, pp. 117–131. doi:10.1016/0165-2370(82)80003-X.

Onishi A., Uchino S., Oguri N., Jin X. Simultaneous hydrothermal decomposition and derivatizations: Gas chromatography/Mass Spectrometry for the characterization of polyamides. Anal. Sci., 1994, vol. 10, pp. 271–276. doi:10.2116/analsci.10.271.

Hosaka A., Watanabe C., Teramae N., Ohtani H. Development of a new micro reaction sampler for pyrolysis-GC/MS system facilitating on-line analytical chemolysis of intractable condensation polymers. J. Anal. Appl. Pyrol., 2014, vol. 106, pp. 160-163. doi:10.1016/j.jaap.2014.01.014.

Zakharian E.M., Maksimov A.L. [Pyrolysis of polyamide-containing materials. Features of the process and composition of reaction products (review)]. Zh. prikl. Khimii [J. Appl. Chem.], 2022, vol. 95, no. 7, pp. 811-844. doi:10.31857/S0044461822070015. (in Russian)




DOI: https://doi.org/10.15826/analitika.2025.29.2.005

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.