การวิเคราะห์การสลายตัวด้วยความร้อนของสารเติมแต่งต้านอนุมูลอิสระโดย TG-MS ーการวัดมวลที่แม่นยำด้วยระบบ TG-TOFMSー [แอปพลิเคชัน GC-TOFMS]

บทนำ

Thermogravimetry (TG) เป็นเทคนิคการวิเคราะห์เชิงความร้อนที่วัดการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักตัวอย่างในระหว่างการให้ความร้อนกับตัวอย่างและให้คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของตัวอย่าง การรวม TG กับแมสสเปกโตรมิเตอร์ (MS) ทำให้สามารถทำการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของสารประกอบอินทรีย์ที่พัฒนาขึ้นเมื่อน้ำหนักตัวอย่างเปลี่ยนไป โดยทั่วไปแล้ว MS quadrupole สำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไปจะใช้สำหรับการวิเคราะห์ประเภทนี้
อย่างไรก็ตามเนื่องจากวัดได้ ม./ซ ค่า MS สี่ส่วนคือมวลเล็กน้อย เครื่องตรวจจับนี้มีความสามารถจำกัดสำหรับการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของโพลีเมอร์สังเคราะห์ สารเติมแต่ง และสารประกอบที่ไม่รู้จัก อีกทางหนึ่ง สามารถใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์ตามเวลาบิน (TOFMS) ร่วมกับ TG เพื่อให้ความสามารถในการวัดมวลที่แม่นยำเพื่อระบุสารประกอบที่ตรวจพบ ในงานนี้ เราวัดสารเติมแต่งต้านอนุมูลอิสระโดยใช้ระบบ TG-TOFMS

สภาพการวัด

โพลีเมอร์ฟลูออโรคาร์บอนได้รับการวิเคราะห์โดยใช้ JMS-T200GC "AccuTOF™ GC" (JEOL Ltd.) แก๊สโครมาโตกราฟี / แมสสเปกโตรมิเตอร์ time-of-flight ความละเอียดสูงที่ติดตั้งระบบ STA2500 TG (NETZSCH Co., Ltd.) เป็น แสดงในรูปที่ 1 เงื่อนไขการวัดแสดงในตารางที่ 1 GC ถูกใช้เป็นเตาอบเทอร์โมสแตติกที่มีอุณหภูมิคงที่ 350 °C พร้อมหลอดเส้นเลือดฝอยเปล่า (ID 3 ม. X 0.25 มม.)

รูปที่ 1 ระบบ TG-TOFMS

ตารางที่ 1 เงื่อนไขการวัด
[ เงื่อนไข TG-TOFMS ]

System	JMS-T200GC (จอล), STA2500Regulus (NETZSCH)
อุณหภูมิเตา	50°C→10°C/นาที→ 650°C
โอนสายอุณหภูมิ	400 ° C
การไหลของก๊าซบรรยากาศ	เขา 100mL/นาที (ระบบแยกเปิด)
โหมดไอออไนซ์	EI+: 70eV, 300μA PI+: ด2 หลอดไฟ: 115 - 400 นาโนเมตร (10.8eV@115nm)
ม./ซ พิสัย	ม./ซ 35-1,200

ผล

ผลการวัด TG-EI-TOFMS สำหรับสารเติมแต่งต้านอนุมูลอิสระแสดงไว้ในรูปที่ 2 สังเกตจุดสูงสุดแบบกว้างประมาณ 38 นาทีบนโครมาโตแกรม TIC โดยที่อุณหภูมิ TG อยู่ที่ ~ 350 ถึง 450 °C จุดสูงสุดนี้แสดงให้เห็นว่าการสลายตัวด้วยความร้อนของสารต้านอนุมูลอิสระเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมินี้

ต่อมา ตัวอย่างถูกไพโรไลซ์สำหรับการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของสารประกอบที่สร้างขึ้น สเปกตรัมมวล EI แสดงในส่วนล่างของรูปที่ 2 เนื่องจากข้อมูล TG-MS ไม่รวมการแยกด้วยโครมาโตกราฟี ส่วนประกอบหลายส่วนจึงถูกแตกตัวเป็นไอออนพร้อมกันทั้งหมดในครั้งเดียว และเนื่องจาก EI เป็นวิธีการไอออไนเซชันแบบแข็ง อนุภาคไอออนจำนวนมากพร้อมกับไอออนของโมเลกุลจึงถูกสังเกตพบในสเปกตรัมมวล ทั้งหมดในคราวเดียว ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะระบุผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยความร้อนโดยใช้ข้อมูล EI ดังนั้นจึงจำเป็นต้องลองใช้ PI (Photo Ionization) ซึ่งเป็นวิธีการแตกตัวเป็นไอออนแบบอ่อน เพื่อดูผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยความร้อนของสารต้านอนุมูลอิสระ ซึ่งไอออนของเศษส่วนจะน้อยกว่าวิธี EI และสังเกตพบไอออนของโมเลกุลได้ง่าย ผลลัพธ์ของการวัด TG-PI-TOFMS แสดงในรูปที่ 3

สเปกตรัมมวล PI ง่ายกว่ามากและมีเศษส่วนไอออนน้อยกว่าสเปกตรัมมวล EI ตารางที่ 2 แสดงผลการวัดมวลที่แม่นยำสำหรับไอออนความเข้มสูงสามตัว (เครื่องหมาย ★ ในรูปที่ 3) ที่สังเกตได้ในสเปกตรัมมวล PI -- ม./ซ 166, 222 และ 278 คาดว่าไอออนเหล่านี้ประกอบด้วย C, H และ O โดยมีค่าความอิ่มตัวของสีเท่ากับ 5 จากผลลัพธ์เหล่านี้ คาดว่าไอออนเหล่านี้จะมีโครงสร้างแกนของสารต้านอนุมูลอิสระที่คล้ายคลึงกัน สูตรโครงสร้างที่คาดหวังสำหรับแต่ละรายการแสดงในรูปที่ 4

เส้นกราฟ TG/DTA ของสารต้านอนุมูลอิสระและโครมาโตแกรมของ EIC ของ ม./ซ 166, 222 และ 278 ที่สังเกตได้ในสเปกตรัมมวล PI แสดงในรูปที่ 5 ค่าสูงสุดสูงสุดสำหรับ ม./ซ 166 EICC ถูกสังเกตที่ 420.6 °C, ม./ซ 222 ถูกสังเกตที่ 399.7 °C และ ม./ซ 278 ถูกสังเกตที่ 382.1 °C ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่ามีการตรวจพบสารต้านอนุมูลอิสระที่มีขนาดใหญ่กว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าในขณะที่สารต้านอนุมูลอิสระที่มีขนาดเล็กกว่าตรวจพบได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น

รูปที่ 2 ข้อมูล TG-EI-TOFMS:
โครมาโตแกรม TIC และสเปกตรัมมวล EI

รูปที่ 3 ข้อมูล TG-PI-TOFMS:
TIC chromatogram และสเปกตรัมมวล PI

ตารางที่ 2 PI ผลการวิเคราะห์มวลที่แม่นยำ

รูปที่ 4 สูตรโครงสร้างที่แนะนำสำหรับ ม./ซ 166, 222 และ 278

รูปที่ 5 เส้นโค้ง TG/DTA และโครมาโตแกรม EIC สำหรับสามไอออนในสเปกตรัมมวล PI (รูปที่ 3,★)

สรุป

การวิเคราะห์เชิงคุณภาพของส่วนประกอบหลายอย่างที่สังเกตได้ในเวลาเดียวกันสามารถทำได้โดยใช้วิธีการไอออไนซ์แบบอ่อนกับการวัดมวลที่แม่นยำของ TOFMS TG-TOFMS เป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่ทรงพลังสำหรับการวิเคราะห์เชิงความร้อนโดยละเอียดของโพลีเมอร์สังเคราะห์และสารเติมแต่ง

โปรดดูไฟล์ PDF สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม
หน้าต่างอื่นจะเปิดขึ้นเมื่อคุณคลิก

PDF675.8KB