Polycarbonat-Analytik

In den letzten Jahren wurden zum Zwecke des globalen Umweltschutzes Recyclinggesetze in Kraft gesetzt, was wiederum die Menge an recycelten Kunststoffprodukten in unserem Alltag erhöht hat. Dieser Trend bringt den Bedarf an schnellen und detaillierten Analysen von recycelten Produkten mit sich. In solchen Fällen können ausreichende Informationen gewonnen werden, indem nicht die gesamten Polymere, sondern die dazugehörigen Oligomere analysiert werden. Konventionell werden Oligomere durch die Kombination bspw. grober Trennungen mit der Auflösungs-/Fällungsmethode und verschiedender chromatographischer oder spektroskopischer Techniken bestimmt.

Auf der anderen Seite werden in letzter Zeit MALDI-TOF-Massenspektrometer in großem Umfang für die Oligomeranalyse eingesetzt. Durch den Einsatz solcher Geräte kann die Information von Endgruppen und Monomereinheiten schnell erhalten werden.

Dieser Artikel stellt ein Beispiel für die Analyse von Polycarbonat vor, die durch eine Kombination der groben Trennung von Oligomeren durch die Auflösungs-/Fällungsmethode und der Messung und Analyse mit dem MALDI-TOF-Massenspektrometer MALDI-8020 durchgeführt wurde.

Messung der Molekulargewichtsverteilung von Polycarbonat-Polymeren

Als Probenmaterial wurde eine Polycarbonat (PC) Standardprobe und eine von einer Compact Disc extrahierte PC-Oligomerprobe zur Analyse verwendet. In dem Messergebnis beider Proben konnten neben der Detektion monoisotopischer Signale zusätzlich die sich wiederholenden PC-Monomerheinheiten im Abstand von 254u ermittelt werden (Abb. 2).

Abb. 2 Massenspektrum des PC-Oligomers
Oben: Standard, Unten: Compact Disc

Analysebeispiel für Terminalgruppen

Die Massenspektren in Abb. 3 zeigen drei Wiederholungen der 254 u Monomereinheit von PC. Da PC ein Endkappenreagenz verwendet, nahmen wir die folgenden drei chemischen Strukturen an und analysierten sie mit der Software Polymerix (Sierra Analytics). Drei Oligomerkomponenten werden jeweils dem beidseitig verschlossenen Typ, dem einseitig verschlossenen Typ und dem zyklischen Typ zugeordnet (Abb. 3).

Wir fanden heraus, dass die Oligomere, die von einer Compact Disc extrahiert werden, hauptsächlich vom beidseitig gekappten Typ sind. Es ist bekannt, dass die für optische Platten verwendeten Polymere eine hohe Qualität erfordern, so dass niedermolekulare Oligomere absichtlich entfernt werden.

Das Ergebnis der MALDI-TOF-Massenspektrometrie spiegelt diesen Herstellungsprozess wider. Im Gegensatz dazu sind im Falle von Oligomeren, die aus einem aus recyceltem PC hergestellten Schreibwarenartikel extrahiert wurden, die zyklischen Oligomere relativ hoch und diejenigen mit einseitigem OH ebenfalls hoch sind. Im Falle kommerziell erhältlicher Chips sind diejenigen mit einfach endständigem OH relativ hoch und diejenigen mit zyklischen Oligomeren niedrig. Dieser Trend wird aus ähnlichen Analysen unter Verwendung der MALDI-TOF-Massenspektrometrie berichtet.*1 Wie oben angegeben, fanden wir heraus, dass mit der Verwendung der MALDI-TOF-Massenspektrometrie und einer einfachen Präparationsmethode eine vergleichende Bewertung von recycelten Polymeren durchgeführt werden kann.

Abb.3 Ergebnis der Endgruppenanalyse von PC-Oligomeren
Oben: Standard, Unten: Compact Disc

Fazit

Diese Anwendungsbeispiele in der Polymeranalytik zeigen die Leistung des MALDI-8020 zur Bestimmung der Molekulargewichte und Endgruppen von Polymeren.

In den letzten Jahren haben sich die MALDI-TOF-Massenspektrometer zu hochspezifischen Instrumenten entwickelt und sind in Größe und Komplexität gestiegen. Infolgedessen sind die Geräte in der Regel für die meisten Routineanwendungen, die eine lineare Modenanalyse erfordern, überspezifiziert. Größe und Anfangs-/Betriebskosten können ein Hindernis für die Einführung des Geräts in einigen Labors darstellen.

Das MALDI-8020, die weltweit kleinste Klasse von kommerziell erhältlichen MALDI-TOF-Massenspektrometern, erfüllt die nötigen Anforderungen und mehr in der Polymeranalytik, wodurch zu erwarten ist, auch weitere Fragestellungen innerhalb dieses Bereiches mittels des MALDI-8020 beantworten zu können.