热解气相色谱-质谱法

　　

　　热解-气相色谱-质谱法（Py-GC-MS）是一种化学分析方法，将样品引入厌氧加热环境，并通过受控热降解（热解）将其分解成更小的稳定碎片或组分。使用 Py-GC-MS，研究人员可以对环境样品中的成分进行定性和定量分析。Py-GC-MS 无需提取和稀释样品制备，因此可以表征各种无法使用传统 GC-MS 方法分析的聚合物和复合材料。Py-GC-MS 技术适用于各种环境应用，包括微塑料和纳米塑料污染的识别和表征。

　　图 1（下图）显示了分析热解如何应用于比其他分析技术更广泛的分析目标领域，包括溶剂可溶性（气体、液体和固体）和溶剂不溶性样品（煤、木材、橡胶、生物材料和其他交联聚合物）。

　　热裂解器(PY)：在惰性气氛下，将高分子样品快速加热生成可挥发的小分子裂解产物；

　　质谱(MS)：为检测器，按质荷比（M/Z）不同，根据MS谱图检索，对裂解产物进行定性定量。

　　Py/TD-GC-MS是一种强大的分析仪器，它结合了热裂解、热脱附、气相色谱和质谱等多种技术，可以对物质进行深入的分析；首先，通过热裂解技术，我们将高分子化合物分解为低分子化合物，然后利用热脱附技术将分解后的化合物转移到气相色谱柱上；接下来，通过气相色谱技术，我们将化合物分离出不同的组分，最后利用质谱技术对这些组分进行鉴定和定量分析。

　　通过Py/TD-GC-MS的分析，我们可以得到物质详细的组成信息，包括化合物的种类、数量和结构等；这有助于我们深入了解物质的性质和功能，从而为新材料的研制、药物的研发、环境的保护等领域提供重要的科学依据。

　　需要知道的是，热解气相色谱 / 质谱联用技术是一种破坏性技术，主要适用于有机样品。

　　☑裂解温度：高分子材料的裂解机理与其内在结构和化学组成有关，裂解温度过高或过低都难以形成反映高聚物结构的裂解产物特征谱图。因此要通过实验去摸索，使样品达到瞬间完全裂解。针对高聚物的研究一般可以从500℃开始试，绝大多数高聚物的裂解温度在500~600℃之间。如果要分析高分子材料中一些低沸点的添加剂，可以降低温度。

　　☑裂解器的洁净程度：裂解过程产生的一些残留物或碳化物容易粘附在裂解器内壁，会对后续样品的测试产生干扰，因此需要定期洁净裂解器，并做好空白对照试验，充分控制好测试过程中的干扰因素。

　　☑样品量：GC-MS灵敏度非常高，需要的样品量非常少，因此在测试的过程中需要控制好样品量，过多的样品在裂解的过程中不一定能完全分解，会残留在裂解器里，影响下一个甚至是好几个样品的测试分析。

　　一是在指定裂解温度下样品中挥发出的气体成分可能比较少，二是检测到的某种成分含量非常高，其他成分相对含量就低了，对应的色谱峰强度也就很低了。

　　不能，所有的质谱检测一般都提供不了原始数据，主要受限于仪器导出数据的格式。

　　下图所示为典型聚合物在氦气（He）气氛，600℃条件下的快速裂解得到的裂解谱图。不同聚合物的裂解谱图有很大的差异。

　　裂解谱图上的每个峰代表一个小分子（裂解产物），它是由聚合物的分解而来的。因此，在大多数情况下，通过鉴定裂解谱图上的每个峰可以用于鉴别原聚合物。

　　聚乙烯的热裂解具有较强的特征性，裂解形成C2到C100或更多的碳氢化合物碎片（裂解产物），因此很容易从裂解产物中确定原始结构。

　　除了单体，聚丙烯和聚苯乙烯裂解产生二聚体、三聚体和其他物质。共聚物分解后甚至形成更复杂的图貌。