Klorirani parafini (CP), poznati i kao poliklorirani n-alkani (PCA), imaju kemijsku formulu CnH2n+2-mClm. Oni su skupina umjetno sintetiziranih kloriranih derivata ravnolančanih n-alkana, s duljinom lanca ugljika (n) u rasponu od 10 do 38 atoma ugljika i sadržajem klora koji se obično kreće od 30% do 70% po masi.
Na sobnoj temperaturi, osim 70% kloriranog parafina je bijela krutina, ostatak kloriranog parafina je bezbojna ili svijetložuta tekućina. Klorirani parafini općenito se kategoriziraju u tri klase na temelju duljine ugljikovog lanca: kratkolančani klorirani parafini (SCCP) s duljinom ugljikovog lanca od 10 do 13 ugljikovih atoma, srednjelančani klorirani parafini (MCCP) s duljinom ugljikovog lanca od 14 do 17 ugljikovih atoma i tipični dugolančani klorirani parafini (LCCP) s duljinom ugljikovog lanca od 20 do 30 atoma ugljika.
U industrijskom sektoru, klorirani parafini se obično koriste kao usporivači plamena i pomoćni plastifikatori u pripremi različitih polimernih materijala. Također se koriste kao aditivi u pripremi plastičnih površina staza. Trenutno se klorirani parafini srednjeg do dugog lanca prvenstveno koriste u proizvodnji plastičnih staza. Međutim, zbog utjecaja procesa, nepravilno rukovanje kloriranim parafinima srednjeg do dugog lanca često rezultira zaostatkom kratkolančanih kloriranih parafina u tragovima.
Klorirani parafini kratkog lanca (SCCP) su skupina derivata nastalih reakcijama kloriranja na ravnolančanim normalnim alkanima, duljine ugljikovog lanca u rasponu od 10 do 13 atoma ugljika i udjela klora obično u rasponu od 30% do 70% (po masi). Prema Informacijskom sustavu kemijskih tvari (ESIS) Europske agencije za kemikalije, SCCP (C10~C13) klasificirani su kao karcinogeni kategorije 3 (R40) i mogu uzrokovati dugotrajne štetne učinke na koži nakon produljene izloženosti (R66). Smatraju se klasom novih spojeva s svojstvima PBT (postojane, bioakumulativne i otrovne tvari).
Trenutačno, nacionalni standard usvaja negativnu ionizacijsku masenu spektrometriju s plinskom kromatografijom i hvatanjem elektrona (GC-ECNI-MS) za detekciju SCCP-ova u plastičnim površinama staza. Međutim, ova metoda ima tendenciju naići na preklapanje vrhova i interferenciju u konačnim rezultatima izračuna pri analizi uzoraka koji sadrže klorirane parafine s različitim duljinama lanca.
Određivanje SCCP plinskom kromatografijom ugljičnog skeleta uključuje katalitičku dehidrokloraciju SCCP u ravnolančane alkane pod uvjetima visoke temperature za analizu. Reakcija je predstavljena na sljedeći način:
Ova metoda nudi značajne prednosti u određivanju smjesa kloriranih parafina s različitim duljinama lanca, učinkovito rješavajući međusobne smetnje tijekom detekcije kloriranih parafina s različitim duljinama lanca i izbjegavajući lažne pozitivne rezultate. Ovaj će rad predstaviti metodu plinske kromatografije ugljičnog skeleta za otkrivanje SCCP-a u gotovim plastičnim površinama staza, pružajući učinkovitu pomoćnu metodu za uklanjanje smetnji u detekciji SCCP-a na plastičnim stazama.
Paladij klorid katalizator i reakcijska obloga ugljičnog skeleta: Pripremljeno prema SN/T 2570-2010.
1.2 Predobrada uzorka
U skladu s metodama prethodne obrade navedenim u Dodatku G 5.1~5.2 GB 36246-2018, uzorci se podvrgavaju prethodnoj obradi i dobiva se ispitna otopina.
1.3 Uvjeti plinske kromatografije
DB-1701 kolona za kapilarnu plinsku kromatografiju (30 m × 0,25 m × 0,25 μm); plin nosač: plin vodik visoke čistoće (čistoća 99,999%), brzina protoka 2 mL/min; FID detektor temperatura 300 ℃; temperatura otvora za ubrizgavanje 275 ℃; brzina protoka plinovitog vodika za izgaranje 30 mL/min; brzina protoka zraka za podržavanje izgaranja 300 mL/min; splitless injekcija, volumen injekcije 1 μL; temperaturni program stupca: početna temperatura 50 ℃, pojačana brzinom od 10 ℃/min do 240 ℃, održavana 4 minute.
1.4 Izračun udjela kratkolančanih kloriranih parafina i katalitičke učinkovitosti
Pogledajte Poglavlje 7 SN/T 2570-2010 za izračun relevantnog sadržaja i katalitičke učinkovitosti obloge.
Studija o katalitičkoj učinkovitosti
2.1 Temperatura otvora za ubrizgavanje
Temperatura je važan parametar koji utječe na katalitičku učinkovitost paladijevog klorida. U plinskoj kromatografiji ugljičnog skeleta, katalizator se postavlja u reakcijsku oblogu, a kataliza se postiže podizanjem temperature otvora za ubrizgavanje. Stoga je odabir odgovarajuće temperature otvora za ubrizgavanje ključan za učinkovitost reakcije. Rezultati pokazuju da s povećanjem temperature otvora za ubrizgavanje, učinkovitost katalitičke hidrogenacije prvo raste, a zatim postupno opada. Najveća učinkovitost katalitičke hidrogenacije postiže se na oko 275 ℃, dosežući približno 88,3%.
2.2 Sposobnost i stabilnost katalitičke hidrogenacije
Različite koncentracije otopina SCCP (u rasponu od 20 μg/mL do 100 μg/mL) pripremljene su za pokuse katalitičke hidrogenacije. Rezultati su pokazali da je katalitička učinkovitost reakcijske obloge u rasponu od 84,3% do 87,6%, što ukazuje na dobru stabilnost metode plinske kromatografije ugljičnog skeleta za određivanje SCCP-a. Koristeći standardnu otopinu SCCP-a s koncentracijom od 40 μg/mL, provedeno je 100 uzastopnih katalitičkih eksperimenata. Rezultati su otkrili da se katalitička učinkovitost katalizatora i dalje može održavati iznad 85%. Može se vidjeti da unutar navedenog broja upotreba, katalitički učinak reakcijske obloge ostaje dobar.
Brzina oporavka i test preciznosti
Odabrana su dva uzorka, jedan od gotovih plastičnih staza i jedan od sirovih materijala, i svaki je pripremljen u uzorke s dodacima koji sadrže SCCP u tri različite razine koncentracije. Provedeni su testovi oporavka i preciznosti. Prosječne stope oporavka i relativne standardne devijacije prikazane su u donjoj tablici. Može se uočiti da su stope oporavka skokova bile u rasponu od 82,4% do 97,2%, s relativnom standardnom devijacijom od 3,4% do 4,9%.
Tablica 1: Stopa oporavka šiljaka i preciznost metode (n=6)
Dodatak koncentracije (g/kg)
Gotov proizvod
Sirovine
Prosječna stopa oporavka/%
RSD/%
Prosječna stopa oporavka/%
RSD/%
20
87.6
4.2
82.4
4.9
50
90.1
3.6
88.6
4.1
100
97.2
3.4
93.6
3.6
Analiza stvarnog uzorka i usporedba metoda
Uzorak poznatog materijala tragova koji sadrži sadržaj SCCP-a odabran je za detekciju pomoću plinske kromatografije-masene spektrometrije (GC-MS) i metode utvrđene u ovoj studiji. Standardni kromatogram dobivenog uzorka prikazan je na slici a. Iz grafikona se može primijetiti da je pri korištenju GC-MS za detekciju spektar sklon interferenciji kloriranih parafina druge duljine lanca, što utječe na kvantitativne rezultate. Međutim, kada se koristi metoda plinske kromatografije ugljičnog skeleta (slika b), spektri su jasni i vidljivi za svaki vrh alkana nakon redukcije u ravnolančane alkane. Osobito, za klorirane parafine s različitim duljinama lanaca, može se postići učinkovito odvajanje, izbjegavajući međusobne smetnje.
Slika: Kromatogrami SCCP-a u uzorcima plastičnih tragova utvrđeni različitim metodama
(a. Plinska kromatografija-masena spektrometrija; b. Plinska kromatografija ugljičnog skeleta)
Zaključak
Ova je studija uspostavila metodu za određivanje sadržaja kratkolančanih kloriranih parafina (SCCP) u plastičnim površinama staza pomoću plinske kromatografije ugljičnog skeleta. Metoda učinkovito rješava problem međusobne interferencije između kloriranih parafina s različitim duljinama lanaca u uzorcima. Štoviše, metoda ima niske troškove detekcije i može se široko primjenjivati u različitim laboratorijima. Pruža učinkovitu pomoćnu metodu za isključivanje smetnji u otkrivanju SCCP-a na plastičnim tragovima.
