使用热解-GC/MS技术进行合成染料的缺点分析

作者：Rojin Belganeh, 技术市场总监, Frontier Laboratories有限责任公司，Antioch, California; William Pipkin, 主席, ATRqT, Orem, UT

如今，分析热解已不仅仅是简单的聚合物材料的闪速热解。几乎任何物质(液体或固体)都可以用一系列的技术来表征，这些技术被设计成现代的多模式热解系统。使用多模裂解炉，挥发物、添加剂、低聚物，以及聚合物和重组分都可以被分析。除了材料特征，该技术还能使科学家进行变形（逆向工程）、问题、污染和降解分析。该技术还扩大了使用气相色谱-质谱法（GC/MS）分析样品的范围，因为任何固体样品都可以在分析前不需要溶剂、溶剂萃取或预处理就可以被引入裂解炉。

涂料配方的细微差别是常见的，因为不同助剂组合的引入会改变产品的化学和物理性能。有些情况下，产品突然变得不稳定，容易产生变形或在日常使用中的失败。这些重要产品特性对于开发、生产、加工、使用和失败分析是必不可少的。这些助剂组合的定性和定量分析往往需要对样品预处理，如溶剂萃取，以分离或浓缩感兴趣的助剂。为了应对这些分析挑战，Frontier Lab开发了一种技术，使用其多模式裂解炉和GC/MS系统来分析涂料和合成染料。该技术为分析人员提供了缺点表现、材料特征和变形分析的“方法图”。

第一步是逸出气体分析(EGA)。在这种技术中，样品扔进炉里，处在一个相对较低的温度（40 - 100°C）。然后设定高得多的炉温度（600 - 800°C）。随着温度的升高，化合物从样品中“离析”出来。探测器随炉温变化的曲线便生成了。EGA提供了样品复杂性的清晰图像，通过提取的离子色谱（GC/MS），可以识别出从样品中析出的特定化合物的EGA热区。然后，裂解炉可以进行设置，为下一步EGA热区的热切片生成不同的色谱而运行。

Frontier裂解炉在涂料工业中的应用非常广泛。本技术应用说明详述了对两种合成染料进行缺点分析的“方法图”方法。

实验性

这个实验是为了区分好的合成黑色油墨染料和有缺陷的合成黑色油墨染料而进行的。有缺陷的黑色染料非常难干，维持湿度的状态比好染料的时间久。两种样品的提供均为固体粉末。采用热解- GC/MS技术，我们对油墨的失败原因进行了分析，并对两种黑色油墨的化学成分进行了比较。EGA是分析的第一步，按照原样，将0.1到0.5毫克的样品放入生态杯中，然后裂解炉温度被设定为100到800°C （20°C /分钟）。为了得到了EGA热分析图，实验人员用一个无活性的EGA管（UADTM-2.5N: L=2.5米, i.d.=0.15毫米， Frontier实验室）来连接GC进样口，再将它连接到MS。GC箱的温度一直保持在300°C。

为了对样品进行进一步分析，我们将EGA管切换到分离柱（超合金-5：5%二苯 95%二甲基聚硅氧烷，L=30 米, i.d.=0.25 毫米, d.f.=0.25毫米，Frontier实验室）。这很容易实现，无需使用无排气口的GC/MS转接器来排空质谱。使用分离柱，对样品采用了中心切割（HC）技术。

结论与讨论

两个样品的EGA热图叠加结果如图1所示。为了对样本进行更详细的分析，我们进行了中心切割（HC-GC/MS）；两个EGA热像图均被切成五个热温区。

图2-6为各区域油墨的色谱图。从A区采集的数据表明，问题油墨中检测到了2-萘酚，而好的油墨中几乎没有检测到这个成分。其余区域的峰值是源自热降解树脂（PMMA和PBMA）和溶剂，它们既存在于好的油墨，也存在于问题油墨中。

为了比较两个样品中2-萘酚的含量，我们通过比较峰值面积来进行定量分析。如表1所示，问题染料所含的2-萘酚是好染料所含2-萘酚的4.9倍。

结论

传统热解技术是在一定温度下对检测物进行闪速热解，但无法识别两种染料的化学成分差异。另一方面，利用现代多模裂解炉，首先从EGA热图中确定了两个样品的热剖面。然后，这种中心切割技术揭露了由助剂引起的两种染料之间的差异。

多模式裂解炉通过识别热区和各热区的化合物，为用户提供样品组成的清晰图像。利用得到的EGA热像图，我们可以按照适当的温度和方法，简单地对裂解炉进行设置。该技术允许对单个样品进行多次分析，而无需进行溶剂和样品预处理，因为样品是通过Frontier多模裂解炉直接导入GC/MS的。

利用热解气相色谱/质谱技术可对固体样品进行分析。与传统的气相色谱/质谱技术相比，热解气相色谱/质谱技术不需要使用溶剂。换句话说，固体和液体样品在不使用任何溶剂的情况下，就可以直接进入到裂解炉中，当然，样品也可以像溶剂萃取一样先进行预处理。

参考文献：

1. K. Tei, A. Hosaka, Frontier Laboratories.

2. I. Iwai, Frontier Laboratories and Diablo Analytical, Inc. USA.

3. Y. Seto, National Research Institute of Police Science,

4. N. Teramae, Frontier Laboratories and Tohoku University.

您还可以在pcimag.com/webinars上查看关于此项技术的网络研讨会，欲了解更多信息，可发邮件至rojin@frontier-lab.com