Blank Tube-FI 방법을 이용한 열분해 오일의 신속한 분석
JMS-T2000GC의 GC-EI/FI 방식
엠에스팁 468호
개요
블랭크 튜브-FI(Field Ionization) 방식은 GC 주입구로 시료를 주입한 후 블랭크 튜브를 통과시킨 후 소프트 이온화 FI 방식을 이용해 검출하는 방식이다. 1분 이내에 분자이온 검출이 가능합니다. 오일과 같은 탄화수소 혼합물을 측정할 때 여러 분자 이온 피크를 포함하는 복잡한 질량 스펙트럼이 얻어집니다. 이 경우에도 KMD 분석을 통해 정성적 정보를 쉽게 얻을 수 있습니다. 주요 성분인 탄화수소 관련 이온 피크는 탄소수와 DBE(불포화도)를 기준으로 분류할 수 있으며, 기타 이온 피크는 그 조성식을 추정할 수 있습니다. Blank tube-FI 방법만으로는 구조식을 구하는 것이 어려우나, GC-EI/FI 방법을 조합하여 사용하면 효율적으로 구조식을 구하는 것이 가능하다.
이번 MSTips에서는 위의 방법을 이용한 열분해유의 분석 결과를 소개하겠습니다. 열분해 오일은 폐플라스틱 및 고무 제품에서 얻은 오일입니다. 석유 대체 연료로 사용되며 재활용 플라스틱의 원료로도 사용됩니다. 따라서 순환경제와 관련된 중요한 기술 중 하나이다.
그림 1 블랭크 튜브-FI 방법의 개략도
실험
시판되는 폐플라스틱을 원료로 한 열분해유를 시료로 사용하였다. 이 샘플은 다음을 사용하여 측정되었습니다. JMS-T2000GC 블랭크 튜브 FI 방법을 사용하여 분석했습니다. msRepeatFinder. 동일한 샘플을 GC-EI/FI 방법을 사용하여 측정하고 다음을 사용하여 분석했습니다. msFineAnalytic AI.
표 1 측정 조건
| GC-EI | GC-FI | 빈 튜브-FI | |
|---|---|---|---|
| 견본 | |||
| 주입량 | 1 μL | ||
| GC 조건 | |||
| 단 | ZB-5MS, 길이 60m, ID 0.25mm, 두께 0.25μm (페노메넥스(주)) |
빈 튜브, 길이 5m, ID 0.25mm | |
| 스플릿 | 20:1 | ||
| 입구 온도 | 300 ° C | ||
| 오븐 온도 | 40°C(1분 유지) - 5°C/분 - 300°C(30분 유지) | 300°C(등온) | |
| 캐리어 가스 | He, 1mL/분 | He, 3mL/분 | |
| MS 조건 | |||
| 이온화 | EI(70eV) | FI | |
| 질량 범위 | m / z 35-800 | ||
결과
그림 2는 블랭크 튜브-FI 방법의 TIC 크로마토그램과 질량 스펙트럼을 보여줍니다. GC 주입 포트로 유입된 샘플은 약 10초 만에 MS에 도달했습니다. 크로마토그램 분리가 없는 소프트 이온화 방식이므로 하나의 질량 스펙트럼에서 여러 개의 분자 이온이 검출됩니다.
그림 2 빈 튜브-FI의 TIC 크로마토그램 및 질량 스펙트럼
그림 3은 위의 질량 스펙트럼에서 생성된 KMD 플롯을 보여줍니다. msRepeatFinder 버전 7에는 목록에 등록된 조성식의 이온 피크를 검색하는 새로운 기능이 추가되었습니다. 이 기능을 사용하면 탄화수소를 파란색/녹색으로, 첨가제를 빨간색으로, 기타를 검정색으로 자동 그룹화할 수 있습니다. 이 결과, 인계 산화방지제(CAS 31570-04-4)의 산화물이 첨가물로 검출되었다.
그림 3 모든 구성 요소의 KMD 플롯
그림 4는 M의 KMD 플롯을 보여줍니다.+･ 탄화수소에만 해당됩니다. 각 이온 피크는 가로 축에 탄소 수, 세로 축에 DBE(=불포화도)로 표시됩니다. 오일의 특성을 시각화하고 평가하는 것이 가능합니다. 강도비, 평균분자량 등을 계산하여 오일의 특성을 정량적으로 평가하는 것도 가능합니다.
그림 4 M의 KMD 플롯+･ 탄화수소로만
그림 5는 "기타"만의 KMD 플롯을 보여줍니다. 각각의 피크는 정확한 질량수 정보를 가지고 있으며, 조성식 추정이 가능합니다. 이 결과, 산소, 질소 화합물 외에 유질에 영향을 미치는 황 화합물도 검출됐다.
그림 5 "기타"만의 KMD 플롯
그림 6은 msFineAnalytic AI를 이용한 GC-EI/FI 방법의 분석 결과를 보여주고, 그림 7은 결과 구조식과 함께 KMD 플롯을 보여줍니다. 가장 강한 성분은 벤조산(C7H6O2)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 일부 플라스틱의 열분해 생성물입니다. 황 화합물은 구조식에 기초하여 폴리페닐렌 설파이드(PPS)의 열분해 생성물로 추정되었습니다. 또한, 동일한 과정을 이용하여 각 탄화수소의 구조식을 확인하는 것도 가능하다.
그림 6 msFineAnalytic AI를 이용한 GC-EI/FI 분석 결과
그림 7 구조식이 포함된 KMD 플롯
맺음말
Blank tube-FI 방법과 KMD 분석을 이용하여 열분해유의 주성분인 탄화수소를 시각적, 정량적으로 평가할 수 있었습니다. 또한, 원유 품질에 영향을 미치는 인계 항산화제와 황화합물을 검출하고, 이를 GC-EI/FI법 분석결과와 비교하여 구조식을 확인할 수 있었습니다.
