Klorirani parafini (CP), znani tudi kot poliklorirani n-alkani (PCA), imajo kemijsko formulo CnH2n+2-mClm. So skupina umetno sintetiziranih kloriranih derivatov ravnoverižnih n-alkanov z dolžino ogljikove verige (n) v razponu od 10 do 38 atomov ogljika in vsebnostjo klora, ki je običajno v razponu od 30 % do 70 % mase.
Pri sobni temperaturi je poleg 70% kloriranega parafina bela trdna snov, preostali del kloriranega parafina pa je brezbarvna ali svetlo rumena tekočina. Klorirani parafini so na splošno razvrščeni v tri razrede glede na dolžino ogljikove verige: kratkoverižni klorirani parafini (SCCP) z dolžino ogljikove verige od 10 do 13 atomov ogljika, srednjeverižni klorirani parafini (MCCP) z dolžino ogljikove verige od 14 do 17 atomov ogljika in tipični dolgoverižni klorirani parafini (LCCP) z dolžino ogljikove verige 20 do 30 ogljikovih atomov.
V industrijskem sektorju se klorirani parafini običajno uporabljajo kot zaviralci gorenja in pomožna mehčala pri pripravi različnih polimernih materialov. Uporabljajo se tudi kot dodatki pri pripravi plastičnih površin tirov. Trenutno se srednje do dolgoverižni klorirani parafini uporabljajo predvsem v proizvodnji plastičnih stez. Vendar pa zaradi vplivov postopka nepravilno ravnanje s srednje do dolgoverižnimi kloriranimi parafini pogosto povzroči ostanke kratkoverižnih kloriranih parafinov v sledovih.
Kratkoverižni klorirani parafini (SCCP) so skupina derivatov, ki nastanejo z reakcijami kloriranja na ravnih normalnih alkanih, pri čemer je dolžina ogljikove verige od 10 do 13 ogljikovih atomov in vsebnost klora običajno v razponu od 30 % do 70 % (mase). V skladu z informacijskim sistemom o kemičnih snoveh (ESIS) Evropske agencije za kemikalije so SCCP (C10~C13) razvrščeni kot rakotvorne snovi kategorije 3 (R40) in lahko povzročijo dolgotrajne škodljive učinke na kožo ob dolgotrajni izpostavljenosti (R66). Štejejo se za razred novih spojin z značilnostmi PBT (obstojne, bioakumulativne in strupene snovi).
Trenutno nacionalni standard uporablja masno spektrometrijo z negativno ionizacijo z zajemom plinske kromatografije in elektronov (GC-ECNI-MS) za odkrivanje SCCP v plastičnih površinah tirov. Vendar pa ta metoda pogosto naleti na prekrivanje vrhov in motnje v končnih rezultatih izračuna pri analizi vzorcev, ki vsebujejo klorirane parafine z različnimi dolžinami verig.
Določanje SCCP s plinsko kromatografijo ogljikovega skeleta vključuje katalitično dehidrokloriranje SCCP v ravnoverižne alkane pri visokotemperaturnih pogojih za analizo. Reakcija je predstavljena na naslednji način:
Ta metoda ponuja znatne prednosti pri določanju mešanic kloriranih parafinov z različnimi dolžinami verig, učinkovito razrešuje medsebojne motnje med detekcijo kloriranih parafinov z različnimi dolžinami verig in se izogiba lažnim pozitivnim rezultatom. Ta članek bo predstavil metodo ogljikovega skeleta in plinske kromatografije za odkrivanje SCCP v končnih plastičnih površinah tirnic, ki zagotavlja učinkovito pomožno metodo za odpravo motenj pri odkrivanju SCCP na plastičnih tirnicah.
Paladijev kloridni katalizator in reakcijska obloga ogljikovega skeleta: Pripravljeno v skladu s SN/T 2570-2010.
1.2 Predobdelava vzorca
V skladu z metodami predobdelave, opisanimi v Dodatku G 5.1~5.2 GB 36246-2018, se vzorci podvržejo predobdelavi in pridobijo preskusno raztopino.
1.3 Pogoji plinske kromatografije
kolona za kapilarno plinsko kromatografijo DB-1701 (30 m × 0,25 m × 0,25 μm); nosilni plin: vodikov plin visoke čistosti (čistost 99,999 %), pretok 2 ml/min; temperatura detektorja FID 300 ℃; temperatura vbrizgalne odprtine 275 ℃; pretok vodikovega plina za zgorevanje 30 ml/min; pretok zraka za podporo zgorevanju 300 ml/min; injekcija brez deljenja, volumen injekcije 1 μL; temperaturni program kolone: začetna temperatura 50 ℃, povečana s hitrostjo 10 ℃/min do 240 ℃, vzdrževana 4 minute.
1.4 Izračun vsebnosti kratkoverižnih kloriranih parafinov in katalitične učinkovitosti
Glejte 7. poglavje SN/T 2570-2010 za izračun ustrezne vsebine in katalitske učinkovitosti obloge.
Študija o katalitičnem delovanju
2.1 Temperatura odprtine za vbrizgavanje
Temperatura je pomemben parameter, ki vpliva na katalitično učinkovitost paladijevega klorida. Pri plinski kromatografiji z ogljikovim skeletom se katalizator namesti v reakcijsko oblogo, kataliza pa se doseže s povišanjem temperature odprtine za vbrizgavanje. Zato je izbira ustrezne temperature odprtine za vbrizgavanje ključnega pomena za učinkovitost reakcije. Rezultati kažejo, da se z naraščajočo temperaturo odprtine za vbrizgavanje učinkovitost katalitskega hidrogeniranja najprej poveča in nato postopoma zmanjša. Največja učinkovitost katalitskega hidrogeniranja je dosežena pri okoli 275 ℃ in doseže približno 88,3 %.
2.2 Zmogljivost in stabilnost katalitskega hidrogeniranja
Za poskuse katalitskega hidrogeniranja so bile pripravljene različne koncentracije raztopin SCCP (od 20 μg/mL do 100 μg/mL). Rezultati so pokazali, da je katalitična učinkovitost reakcijske obloge v razponu od 84,3 % do 87,6 %, kar kaže na dobro stabilnost metode plinske kromatografije ogljikovega skeleta za določanje SCCP. Z uporabo standardne raztopine SCCP s koncentracijo 40 μg/mL je bilo izvedenih 100 zaporednih katalitskih poskusov. Rezultati so pokazali, da je katalitično učinkovitost katalizatorja še vedno mogoče vzdrževati nad 85 %. Vidimo lahko, da v določenem številu uporab ostaja katalitični učinek reakcijske obloge dober.
Preskus stopnje okrevanja in natančnosti
Izbrana sta bila dva vzorca, eden končnih plastičnih tirnih površin in eden surovin, in vsak je bil pripravljen v vzorce z dodatki, ki so vsebovali SCCP v treh različnih ravneh koncentracije. Opravljeni so bili preizkusi obnovitve in natančnosti. Povprečne stopnje okrevanja in relativni standardni odkloni so prikazani v spodnji tabeli. Opaziti je mogoče, da so stopnje okrevanja konice znašale od 82,4 % do 97,2 %, z relativnimi standardnimi odstopanji od 3,4 % do 4,9 %.
Tabela 1: Stopnja okrevanja konice in natančnost metode (n=6)
Dodatek koncentracije (g/kg)
Končni izdelek
Surovine
Povprečna stopnja okrevanja /%
RSD/%
Povprečna stopnja okrevanja /%
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 dejanskega vzorca in primerjava metod
Vzorec znanega sledilnega materiala z vsebnostjo SCCP je bil izbran za detekcijo s plinsko kromatografsko-masno spektrometrijo (GC-MS) in metodo, določeno v tej študiji. Standardni kromatogram dobljenega vzorca je prikazan na sliki a. Iz grafa je mogoče opaziti, da je pri uporabi GC-MS za detekcijo spekter nagnjen k motnjam drugih kloriranih parafinov z dolžino verige, kar vpliva na kvantitativne rezultate. Vendar pa so pri uporabi metode ogljikovega skeleta in plinske kromatografije (slika b) spektri jasni in vidni za vsak vrh alkana po redukciji v ravnoverižne alkane. Zlasti za klorirane parafine z različnimi dolžinami verig je mogoče doseči učinkovito ločevanje, pri čemer se izognemo medsebojnim motnjam.
Slika: Kromatogrami SCCP v vzorcih plastičnih tirov, določenih z različnimi metodami
(a. plinska kromatografija-masna spektrometrija; b. plinska kromatografija ogljikovega skeleta)
Zaključek
Ta študija je vzpostavila metodo za določanje vsebnosti kratkoverižnih kloriranih parafinov (SCCP) v plastičnih površinah gosenic z uporabo plinske kromatografije ogljikovega skeleta. Metoda učinkovito rešuje vprašanje medsebojne interference med kloriranimi parafini z različnimi dolžinami verig v vzorcih. Poleg tega ima metoda nizke stroške odkrivanja in se lahko široko uporablja v različnih laboratorijih. Zagotavlja učinkovito pomožno metodo za izključitev motenj pri zaznavanju SCCP na plastičnih tirnicah.
