Газова хроматографія – ключ до аналізу якості полімерів

Полімерні матеріали є скрізь, від нашого одягу до пакувальних матеріалів. Розуміння складу полімерних матеріалів має вирішальне значення для забезпечення якості й продуктивності. Газова хроматографія (ГХ) – ключовий метод в аналізі якості полімерів. 

Найбільш поширеними полімерами, що виготовляються й використовуються в Україні, можна назвати каучук (натуральний латекс), поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, поліефіри, полікарбонати, силікони, ацетилцелюлозу, нітратцелюлозу та багато інших.

Переваги використання газової хроматографії

Визначення властивостей полімерів передбачає ідентифікацію їхніх мономерів, добавок і домішок. Ця інформація необхідна для:

• Забезпечення якості продукції. Одним з основних застосувань ГХ в аналізі полімерів є ідентифікація та кількісне визначення мономерів і добавок. Мономери – це будівельні блоки полімерів, і їх залишкова присутність може впливати на властивості матеріалу. Добавки, з іншого боку, мають вирішальне значення для поліпшення характеристик полімерів, таких як гнучкість, стійкість до ультрафіолетового випромінювання й термічна стабільність.
• Дотримання стандартів безпеки. Полімери піддаються деградації під впливом таких факторів навколишнього середовища, як тепло, світло та хімічні речовини. Метод ГХ допомагає вивчати продукти розпаду, даючи уявлення про стабільність і тривалість життя полімеру. Аналізуючи леткі продукти розпаду, можна зрозуміти механізми розпаду й підвищити стійкість полімеру до впливу навколишнього середовища.
• Оптимізації виробничих процесів. У сфері досліджень і розробок ГХ допомагає розробникам нових полімерних сполук. Аналізуючи взаємодію різних мономерів і добавок, дослідники можуть створювати інноваційні полімери з бажаними властивостями. Це прискорює цикл розроблення й допомагає у створенні передових матеріалів.

Стандартизація методів аналізу полімерів із газовою хроматографією 

Розглянемо декілька міжнародних нормативних документів, що регламентують використання газової хроматографії в аналізі полімерів

ISO 13741-1 Plastics / rubber — Determination of residual monomers and other organic components by capillary-column gas chromatography («Пластмаси / гума. Визначення залишкових мономерів та інших органічних компонентів методом капілярно-колонкової газової хроматографії»).

Стандарт встановлює метод визначення залишкових мономерів та інших (насичених) органічних компонентів у водних полімерних розчинах і матрицях, а також у супутніх продуктах. У ньому використовується метод капілярно-колонкової газової хроматографії з прямим введенням рідкого зразка. 

За допомогою цього методу визначають залишкові мономери й насичені леткі речовини, серед яких акрилові та метакрилові ефіри, акрилонітрил, бутадієн, стирол, вінілацетат, вінілхлорид,  а також побічні продукти, такі як ацетальдегід і етилбензол.

Для реалізації аналізу методом капілярно-колонкової газової хроматографії з прямим введенням рідкого зразка Вам знадобиться полум’яно-іонізаційний детектор (ПІД) і кварцова капілярна колонка довжиною 30 м та внутрішнім діаметром 0,53 мм, 0,32 мм або 0,25 мм, покрита зсередини плівкою диметилполісилоксану товщиною від 1 до 5 мкм.

ISO 21257:2024 Plastics — Polymer polyols for use in the production of polyurethanes — Determination of the residual acrylonitrile and styrene monomer content by gas chromatography («Пластмаси. Полімерні поліоли для використання у виробництві поліуретанів. Визначення залишкового вмісту акрилонітрилу і стирольного мономеру методом газової хроматографії»).

Згідно з методом, описаним у цьому стандарті, зразок полімеру поліолу розчиняють у відповідному розчиннику. Потім розчин зразка аналізують за допомогою газової хроматографії з внутрішньою стандартизацією. Кількість залишкового акрилонітрильного мономера і стиролу визначають за площею піків, використовуючи попередньо встановлену калібрувальну криву.

ISO 7270-2:2024 Rubber — Analysis by pyrolytic gas-chromatographic methods («Гума. Аналіз піролітичними газохроматографічними методами»).

Стандарт описує піролітичний газохроматографічний метод визначення співвідношення стирол / бутадієн / ізопрен у кополімерах або сумішах гомополімерів і/або кополімерів у сирих каучуках, а також у невулканізованих або вулканізованих сполуках. Застосовується до кополімерів / терполімерів, що складаються зі стиролу, бутадієну та ізопрену, а також до сумішей цих полімерів.

Проте зауважте, що на співвідношення стиролу / бутадієну / ізопрену, визначене цим методом, впливає присутність смоли й високий вміст сірки.

Для реалізації цього методу на газовому хроматографі Вам знадобиться ПІД або ДТП (детектор з теплопровідності). Основною ж вимогою до колонок є висока роздільна здатність летких продуктів піролізу стиролу, бутадієну та ізопрену.

ISO 6401:2022 Plastics — Poly(vinyl chloride) — Determination of residual vinyl chloride monomer using gas-chromatographic method («Пластмаси. Полі(вінілхлорид). Визначення залишкового мономеру вінілхлориду з використанням газохроматографічного методу»).

Стандарт описує метод визначення мономеру вінілхлориду в гомополімерних і кополімерних смолах  на основі вінілхлориду й компаундованих матеріалів. 

Метод ґрунтується на розчиненні зразка та газовій хроматографії з високим тиском. Дослідження проводиться в діапазоні концентрацій вінілхлориду від 0,1 мг/кг до 3,0 мг/кг.

Для реалізації методу потрібен газовий хроматограф, оснащений автоматичним headspace-пробовідбірником, і капілярна колонка (сигнал, отриманий із розчином, що містить 0,01 мг вінілхлориду на літр, повинен щонайменше втричі перевищувати рівень базового шуму). 

ISO 2561:2023 Plastics — Determination of residual styrene monomer in polystyrene (PS) and impact-resistant polystyrene (PS-I) by gas chromatography («Пластмаси. Визначення залишкового мономеру стиролу в полістиролі (PS) та ударостійкому полістиролі (PS-I) методом газової хроматографії».

Зазначений стандарт описує два методи визначення залишкового мономеру стиролу в полістиролі – А та В.

Зразок полімеру розчиняють у розчиннику, який для полістиролу містить внутрішній стандарт. Вводять або невеликий об’єм розчину полімеру безпосередньо в газовий хроматограф (метод A), або невеликий об’єм надосадової рідини, що залишається після осадження полімеру в результаті додавання речовини для осадження (метод B), щоб отримати розділення стиролу та інших летких матеріалів. Метод A є простим і має практично таку саму точність, як метод B. Водночас існує можливість забруднення дозатора полімером і олігомерами з часом, що призводить до помилкових результатів.

Це може видаватися складним. Але з газовим хроматографом Chrozen GC, капілярними колонками Trajan і методичною підтримкою фахівців ХЛР аналіз полімерних сполук стане простим та зрозумілим. А якість Вашої продукції буде завжди беззаперечною.

Ірина Кіріна,

керівник відділу галузевих експертів ХЛР