msFineAnalytic AI를 활용한 폴리프로필렌 제품 내 오염물질의 구조 분석 [GC-TOFMS 애플리케이션]
엠에스팁 No.424
개요
폴리프로필렌은 고강도, 내열성, 가공성이 우수하여 많은 산업용 제품에 사용됩니다. 제품화 과정에서 원료 펠릿을 분쇄, 혼합, 성형한다. 이러한 공정에 혼입된 오염물질은 제품 성능 저하의 원인이 됩니다. Pyrolysis-GC-MS 방법은 일반적으로 오염 물질을 식별하는 데 사용되지만 대부분의 열분해 제품은 질량 스펙트럼 라이브러리에 등록되지 않습니다. 따라서 라이브러리 검색에 의존하는 정성적 분석으로는 만족스러운 결과를 얻기 어렵다. 비행시간형 질량 분석기 JMS-T2000GC와 미지 화합물 구조 분석 소프트웨어 msFineAnalysis AI는 이러한 미등록 화합물(=미지 화합물)의 정성 분석에 효과적입니다. 이전 보고서 엠에스팁 No.330 폴리프로필렌 제품의 오염물질에 대한 EI/SI 통합 분석을 통한 분자식 유도를 도입했습니다. 이 MSTips는 AI 구조 분석에 의한 구조식 유도를 소개합니다.
실험
JMS-T2000GC, msFineAnalytic AI
폴리프로필렌의 (A) 정상품과 (B) 불량품을 시료로 하여 열분해-GC-MS법으로 측정하였다. 샘플 양은 EI 방법의 경우 0.2mg, FI 방법의 경우 1.0mg입니다. 분산성분 분석을 위한 반복 측정 횟수는 EI 방법의 경우 n=5, FI 방법의 경우 n=1이었다. (B) 결함 제품에 특정한 피크는 msFineAnalysis AI의 분산 성분 분석 모드로 도출되었습니다. 그리고 그들의 분자식과 구조식이 도출되었습니다. 측정 및 분석 조건을 표 1에 나타내었다.
표 1 측정 및 분석 조건
EI 방법의 TIC 크로마토그램
그림 1은 EI 방법의 TIC 크로마토그램을 보여줍니다. (A) 정상품과 (B) 불량품의 크로마토그램 모양은 비슷하였으나 (B) 불량품은 5분 전후에 큰 차이 피크가 검출되었다. 이 피크는 라이브러리 검색을 통해 스티렌으로 도출되었습니다.
그림 1 EI 방법의 TIC 크로마토그램
분산 성분 분석의 화산 플롯
그림 2는 분산 성분 분석의 화산 플롯을 보여줍니다. 각 플롯은 크로마토그램의 피크에 해당하며 가로축은 강도비, 세로축은 통계적 유의성(반복성)의 차이를 시각적으로 나타냅니다. 이 분석에서는 최대 피크에 대한 강도 비율이 최대 82%인 2개의 피크를 대상으로 하여 (B) 불량 제품에 특이적인 12개의 피크를 추출했습니다.
그림 2 화산 플롯
(B) 불량품 특유의 피크 정성 분석 결과
표 2는 (B) 결함 제품에 특정한 피크의 정성적 결과를 보여줍니다. 셀이 "LIB."인 행의 화합물 이름 및 구조식 "mainlib"는 NIST 라이브러리 검색에서 파생됩니다. 그리고 이러한 "AI"는 AI 구조 분석에 의해 도출됩니다. 3개의 피크에 대해서만 라이브러리 검색이 도출되었지만, 나머지 9개의 피크에 대해서는 AI 구조 분석이 도출되었습니다.
표 2 (B) 불량품에 특이적인 피크의 정성 분석 결과
그림 3은 유도된 구조식 목록을 보여줍니다. 모든 ID023-050의 구조는 AS 공중합체의 하이브리드 이량체 및 삼량체를 제안하고 참조 문헌과 높은 정확도로 일치합니다. 1). 따라서 (B) 불량품에 혼입된 오염물질이 AS 공중합체임을 확인할 수 있었다.
그림 3 (B) 결함 제품에 특정한 피크의 구조식
결론
JMS-T2000GC와 msFineAnalysis AI를 이용하여 (B) 폴리프로필렌 불량품의 오염물질이 AS 공중합체임을 확인할 수 있었다. 많은 열분해 생성물, 특히 AS와 같은 공중합체의 경우 질량 스펙트럼 라이브러리에 등록되지 않습니다. JMS-T2000GC 및 msFineAnalysis AI는 이러한 분석에 효과적입니다.
참조
1) Shin Tsuge, Hajime Ohtani, Chuichi Watanabe (2011), 열분해 - GC/MS Data Book of Synthetic Polymers, Elsevier
