Prescreening von Phthalsäureestern in PVC-Produkten

Weich-PVCs und bestimmte andere Produkte enthalten jedoch Materialien mit hohen Konzentrationen an Phthalsäureestern, die die Säule, die in GC-MS-Analysen dieser Materialien verwendet wird, übermäßig belasten können. Da das Fourier-Transformations-Infrarotspektralphotometer (FTIR) keine Vorbehandlung erfordert und die Spektralmessung in einer kurzen Zeit von etwa einer Minute ermöglicht, eignet es sich für die Vorauswahl von Phthalsäureestern in Proben. Wenn Proben mit hohen Konzentrationen von Phthalsäureestern im Voraus durch FTIR vorgescreent werden können, kann die Verschleppung von hochkonzentrierten Analyten zu nachfolgenden Analysen im GC-MS-Analyseprozess reduziert werden, was zu einer effizienteren Analyse führt.

Diese Applikation stellt eine Prescreening-Analysetechnik für Phthalsäureester in PVC-Produkten vor, bei der FTIR für eine effiziente GC-MS-Analyse eingesetzt wird

ATR-Spektren von RoHS-regulierten Phthalsäureestern

Abb. 2 zeigt die ATR-Spektren (abgeschwächte Totalreflexion) der RoHS-regulierten Phthalsäureester. Die Phthalsäureester haben alle ausgeprägte Peaks bei etwa 1.600 und 1.580 cm-1 (C=C-Verstreckung: Benzolring). Darüber hinaus sind Peaks in der Nähe von 740 cm-1 (C-H-Biegeschwingung in der Ebene) und andere zu sehen. Unterschiede sind auch bei den Peaks bei etwa 3.000 cm-1 (C-H asymmetrische/symmetrische Streckung) zu beobachten, aber diese überlappen sich mit den Peaks von PVC und anderen Kunststoffen. Eine Unterscheidung ist jedoch möglich, wenn komplizierte Vorbehandlungsverfahren wie Extraktion und Konzentration angewendet werden.

Prescreening durch die FTIR

Es ist schwierig, Phthalsäureester bei der in der RoHS-Richtlinie durch FTIR festgelegten Konzentration von 0,1% nachzuweisen, und es ist nicht möglich, ohne Vorbehandlung festzustellen, ob ein in einer Probe enthaltener Phthalsäureester ein regulierter Phthalsäureester ist oder nicht. Eine einfache Bestimmung, ob die Phthalsäureesterkonzentration hoch (nicht weniger als 1%) oder niedrig (nicht mehr als 1%) ist jedoch möglich. Bei einer GC-MS-Analyse tritt in einigen Fällen eine Verschleppung von mehreren 100 ppm auf, wenn der Phthalsäureestergehalt 1 bis 2% übersteigt. Daher ist die oben erwähnte Bestimmung einer hohen oder niedrigen Konzentration eine äußerst nützliche Information in einer GC-MS-Analyse.

In diesem Experiment wurden drei Arten von PVC-Schläuchen mit Phthalsäureestergehalten von (a) 12%, (b) 3% bzw. (c) 500 ppm hergestellt und mittels FTIR gemessen.

Tabelle 1 zeigt die Messbedingungen. Es wurde ein System bestehend aus einem Shimadzu IRSpirit™-T und einem QATR™-S ATR-Messaufsatz mit Einfachreflexion verwendet. Das IRSpirit hat ein tragbares, kompaktes Gehäuse mit Abmessungen von 390 (B) × 250 (T) × 210 (H) mm und damit eine Grundfläche kleiner als ein A3-Blatt Papier.

Abb. 4 zeigt die ATR-Spektren der PVC-Rohre. Der obere Teil (A) zeigt den gesamten Messbereich von 4.000 bis 400 cm-1, und der untere Teil (B) zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereichs von 1.750 bis 700 cm-1. Der Peak, der vom PVC, dem Hauptbestandteil der Rohre, herrührt, ist bei etwa 609 cm-1(C-Cl-Streckung) zu sehen.

Zunächst sind im Spektrum für (a) 12% Phthalsäureester ausgeprägte Peaks bei etwa 1.600, 1.580 und 740 cm-1 deutlich sichtbar. Als nächstes sind im Spektrum für (b) 3% die Peaks bei etwa 1.600 und 1.580 cm-1 nicht mehr zu sehen, aber der Peak bei etwa 740 cm-1 kann bestätigt werden. Dagegen sind in (c) 500 ppm keine von Phthalsäureester stammenden Peaks zu beobachten.

Wenn aus diesen Ergebnissen eine GC-MS-Analyse in der Reihenfolge der niedrigsten Konzentration (c), gefolgt von (b) und (a) durchgeführt werden kann, wird die Verschleppung reduziert und eine erneute Prüfung kann ausgeschlossen werden.

Bei der oben beschriebenen Messung ist zu beachten, dass bei harten Proben und Proben mit einer unregelmäßigen Oberflächenform die Messungen manchmal durch Abschneiden eines Teils der Probe durchgeführt werden, um eine gute Haftung mit dem Prisma zu gewährleisten. Da es darüber hinaus in einigen Fällen je nach Messposition Abweichungen geben kann, ist in solchen Fällen die Messung an mehreren verschiedenen Positionen effektiv.