聚合物添加剂的质谱分析
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前言

由于聚合物材料的优良性能,使其广泛应用于各个领域。但由于纯高分子材料易受热、光、氧化等环境的影响而降解,失去优良性能,故而没有添加剂的聚合物材料是不能实际应用的,因此必须添加聚合物添加剂,如抗氧剂、热稳定剂及光稳定剂等来延长寿命。为了赋予聚合物材料更好的防老化性能,不仅要研究添加多少添加剂才能解决聚合物稳定性的问题,而且还要研究添加剂之间的配伍效果,研究添加剂对聚合物起稳定作用的机理,另外有时还需要分析阐明未知添加剂配方的组成、产品出现异常问题(如聚合物黄变、产品的快速老化等)的原因所在。随着塑料薄膜或塑料制品广泛用于食品包装、药品包装、儿童玩具等,为了确保安全使用,美国USFDA和欧洲政府机构颁布了使用添加剂的法令和法规。食品、医药材料和制作玩具的塑料,有了必须遵守的标准,因此快速测定聚合物中的添加剂变得越来越重要。

为了防止添加剂在使用过程从高分子材料中迁移而缩短寿命,添加剂目前从结构简单小分子向聚合型、反应型等结构复杂的大分子添加剂方向发展。这增加了聚合物添加剂的结构鉴定的难度,使得原来常用的气相色谱质谱联用仪不再适宜,红外光谱、核磁共振等手段提供的信息很难确切推定其结构。

由于质谱分析技术具有灵敏度高、样品用量少、响应速度快以及可进行定性鉴定等优点,其在石油化工、质量检验、临床分析等领域的应用越来越广泛。近年来,随着质谱技术的应用范围不断拓宽,科学工作者也在不断努力研制通用性更强、灵敏度更高、耐用性更好的新型离子化方法。电喷雾离子化(electrospray ionization,ESI)是一种常压下通过脱溶剂的过程使被分析物带上电荷,然后进入高真空条件下的质量分析器进行分析的方法。电喷雾电离源是弱电离源,灵敏度高,通常在全扫描模式下,可以得到添加剂的准分子离子峰,通过串联质谱,还可以得到碎片峰,给出相应结构信息。由于目前市面上常用的聚合物添加剂(antidegradation agents)数量还不是很大,因此我们想通过建立添加剂的电喷雾质谱谱库,通过分子量检索,得到聚合物的信息,并与相应的daughter谱图进行对照,可以快速确定添加剂的结构。电喷雾电离源适合极性化合物的分析,对于极性较弱或非极性化合物不适用。ASAP(Atmospheric Pressure Solids Analysis Probe)大气压固体分析探头,是一种无需样品前处理或LC色谱分离便能够在1min内快速获得固体或液体样品的质谱数据技术。在进行样品分析时,只需将玻璃毛细管一端插入到待测的样品中,样品在毛细管前端载荷以后,直接将载荷样品的毛细管插入质谱离子源中,通过加热氮气,温度达到化合物的沸点,样品挥发后通过电晕针的放电使得离子带电,最后进入到质谱中进行分析。因为有些添加剂极性较弱,在ESI源下得不到较好的质谱信息,因此我们在本手册提供了两种电离源的质谱图。

本书根据多年分析聚合物添加剂的实际经验和积累,在长期样品收集、数据积累的基础上,编写此书。本书包括100种最常使用和新型的聚合物添加剂的相关信息及其电喷雾质谱、ASAP-TOF高分辨质谱的全扫描(full scan)质谱图以及daughter谱图,通过电喷雾质谱的full scan谱图,得到化合物的准分子离子峰,即得到添加剂的分子量信息,利用串联质谱得到包含结构信息的daughter谱图,在daughter谱图中给出主要碎片的可能断裂途径。本书可以根据分子量、CAS号、物质名称检索,帮助读者快速鉴定聚合物材料中的添加剂。本书还包括每一种添加剂的商业名称或化学名称、CAS登记号、分子量信息以及应用、管理、环境影响、毒理数据及贮存方式等。

本书可作为读者研究聚合物添加剂的参考手册,目前国内外还没有聚合物添加剂有关电喷雾质谱和ASAP质谱的书册。

由于水平有限,书中难免存在不妥之处,敬请读者批评指正。

编者

2015年8月