Применение стандарта для анализа противостарителей в резине
ГОСТ 28621-90 распространяется на каучуки, невулканизованные резиновые смеси и резиновые изделия, в которых требуется обнаружить и идентифицировать противостарители — антиоксиданты, антиозонанты и стабилизаторы. Стандарт устанавливает два метода тонкослойной хроматографии:
- метод А — упрощённый, на основе одной системы растворителей, для идентификации известных веществ и проверки их наличия или отсутствия;
- метод В — более детальный, с дополнительными системами элюирования и проявителями, для разделения сложных смесей и идентификации неизвестных противостарителей.
Методы применяют для полиалкилфенилфосфитов, замещённых бисфенолов, вторичных аминов, замещённых крезолов и замещённых п-фенилендиаминов. Анализ других типов противостарителей допускается при условии предварительного получения собственных стандартных хроматограмм.
Какие вещества и материалы подлежат идентификации
Стандарт предназначен для анализа экстрактов, полученных из резиновых материалов. Сущность метода состоит в экстракции противостарителей растворителем, выпаривании экстракта, нанесении его на тонкослойную пластину и последующем хроматографировании в соответствующей системе растворителей. Идентификацию выполняют сравнением хроматограмм исследуемого образца со стандартными хроматограммами.
Если в экстракте присутствует масло, его предварительно удаляют одним из двух способов:
- на короткой колонке с силикагелем до окончательного выпаривания первоначального растворителя;
- обработкой подготовленной пластины петролейным эфиром до обычного хроматографирования.
Основные реактивы и системы элюирования
Для анализа используют только реактивы аналитической чистоты и воду соответствующей чистоты. В работе применяют адсорбенты, растворители, смеси для элюирования и проявители.
Адсорбенты
| Наименование | Назначение | Характеристика |
|---|---|---|
| Силикагель для пластин | Нанесение тонкого слоя | Размер частиц 2–50 мкм, с сульфатом кальция или без него |
| Силикагель для колонки | Удаление масел | Размер частиц 200–600 мкм, активирование сушкой не менее 2 ч при 110 °C |
Основные растворители
| Растворитель | Примечание |
|---|---|
| Метанол | Для приготовления растворов и промывки |
| Ацетон | Используют с учётом сильного размывания пятен |
| Этанол безводный | Применяют в экстракции и предварительных испытаниях |
| 2-пропанол | Допускается для экстракции образца |
| Петролейный эфир | Температура кипения 35–60 °C, для удаления масел с пластины |
| Дихлорметан | Основной растворитель для растворения сухого экстракта |
| Толуол | Используют в системах элюирования |
| Этилацетат | Компонент смесей элюентов |
| н-гексан | Для промывки колонки |
| н-гептан | Компонент элюента метода А и ряда смесей |
| Циклогексан | Компонент одной из систем метода В |
| Диэтиламин | Компонент одной из систем метода В |
| Раствор гидроксида аммония 28–30 % | Для специальной смеси элюирования |
| Ацетонитрил | Допускается для экстракции |
Системы растворителей для элюирования
| Метод | Состав | Назначение |
|---|---|---|
| Метод А | 90 частей н-гептана + 10 частей этилацетата | Базовая идентификация известных веществ |
| Метод В | Толуол | Дополнительное разделение |
| Метод В | 95 частей толуола + 5 частей этилацетата | Дополнительное разделение |
| Метод В | 75 частей циклогексана + 25 частей диэтиламина | Дополнительное разделение |
| Метод В | 50 частей толуола + 50 частей н-гептана | Дополнительное разделение |
| Особый случай | 100 частей толуола + 10 частей ацетона + 0,2 части раствора гидроксида аммония | Для трудных смесей и повышения разрешения |
Проявители и распознавание аминных и фенольных противостарителей
Большинство проявителей пригодно как для аминов, так и для фенолов, однако основой аналитической экспертизы являются специальные реагенты для аминного и фенольного типов.
Проявители для аминных соединений
- диазотированная сульфаниловая кислота;
- перекись бензоила в толуоле;
- раствор нитрата висмута;
- тетрацианоэтилен в дихлорметане.
Проявители для фенольных соединений
- гидроксид натрия после обработки диазотированной сульфаниловой кислотой;
- фтороборат п-нитрофенилдиазония;
- дихлорхинонхлоримид или 2,6-дибромхинонхлоримид;
- буферный раствор для работы с хлоримидом;
- реактив Толленса.
Растворы проявителей, приготовляемые непосредственно перед применением, должны использоваться в течение 12 ч. Для ряда реагентов стандарт отдельно указывает на необходимость повышенных мер предосторожности.
Оборудование и подготовка пластин
Для проведения анализа используют обычное лабораторное оборудование и специальные средства для тонкослойной хроматографии. Важнейшие позиции приведены ниже.
| Оборудование | Основные параметры |
|---|---|
| Стеклянные пластины | Например 200 × 200 мм |
| Устройство для нанесения адсорбента | Толщина слоя 250–300 мкм |
| Готовые пластины | Со слоем силикагеля 250–300 мкм, допускаются и более тонкие покрытия |
| Сушильный шкаф | (100 ± 5) °C |
| Эксикатор | Для хранения пластин при заданной влажности |
| Микропипетки | 2,5 и 10 мкл |
| Камеры для элюирования | Размеры под формат пластин, малые камеры типа «сандвич» не рекомендуются |
| Приборы для экстракции | По ГОСТ 24919 |
| Роторный вакуумный испаритель | Желателен для упаривания экстракта |
| Короткие колонки | Шприц 5 см³ или стеклянная трубка длиной 120 мм и диаметром 10–12 мм |
Пластины готовят из суспензии 2 частей воды и 1 части силикагеля по массе. Смесь наносят равномерным слоем 250–300 мкм, после чего пластины сушат и активируют 2 ч при (100 ± 5) °C или оставляют на ночь. При хранении в эксикаторе неиспользованные пластины после четырёх суток должны быть реактивированы.
Подготовка экстракта и удаление масел
Испытуемый образец листуют на лабораторных вальцах с тонким зазором или нарезают на кусочки с длиной кромки менее 2 мм. Для анализа берут 2–5 г материала и экстрагируют подходящим растворителем по ГОСТ 24919:
- 4 ч — если образец находится в эксикаторе;
- 1–2 ч — если образец погружён непосредственно в растворитель.
Допускается также непродолжительное встряхивание при комнатной температуре в дихлорметане или выдержка образца в течение ночи в 2-пропаноле либо ацетонитриле.
Экстракт упаривают при температуре не выше 50 °C, предпочтительно с применением роторного вакуумного испарителя. Когда остаётся около 1 см³ раствора, проверяют наличие масла. При отсутствии масла экстракт выпаривают досуха и растворяют сухой остаток в 0,5–1,0 см³ дихлорметана.
Если масло присутствует, используют колонку с активированным силикагелем:
- остаток растворяют в 2 см³ дихлорметана;
- загружают раствор на сухую силикагелевую колонку;
- промывают н-гексаном до обесцвечивания пробки из стекловаты, но не более 25 см³;
- последовательно промывают ацетоном и метанолом до обесцвечивания силикагеля;
- элюент выпаривают досуха при температуре не выше 50 °C и снова растворяют в 0,5–1,0 см³ дихлорметана.
Альтернативно масла можно удалить элюированием подготовленной пластины петролейным эфиром до перемещения масел к верхней части пластины с последующим высушиванием.
Нанесение проб и режим хроматографирования
Количество противостарителя, как правило, должно составлять 50–100 мкг. Наилучшие результаты получают при объёме раствора 5 мкл или меньше; допускается 10 мкл, но большие объёмы ухудшают разделение. Рекомендуемая концентрация раствора антиоксидантов — 10–20 г/дм³.
Пятна наносят микропипеткой на стартовую линию, расположенную примерно в 25 мм от края пластины. Расстояние между соседними пятнами должно быть не менее 2 см. После испарения растворителя пластина готова к элюированию.
Хроматографирование по методу А
Пластину помещают в подготовленную камеру с системой н-гептан/этилацетат 90:10. Уровень растворителя должен быть ниже стартовой линии. Элюирование ведут до продвижения фронта растворителя на 150 мм, затем пластину вынимают, отмечают финишную линию и высушивают.
Хроматографирование по методу В
Если метод А не обеспечивает удовлетворительного разделения, применяют дополнительные системы растворителей в следующем порядке:
- толуол;
- 95 частей толуола + 5 частей этилацетата;
- 75 частей циклогексана + 25 частей диэтиламина;
- 50 частей толуола + 50 частей н-гептана;
- 100 частей толуола + 10 частей ацетона + 0,2 части раствора гидроксида аммония.
Для каждой системы требуется отдельная пластина с теми же нанесёнными пробами.
Оценка хроматограмм и подтверждение идентификации
После проявления определяют значение Rf как отношение расстояния, пройденного передним краем пятна от стартовой линии, к расстоянию, пройденному фронтом растворителя от той же линии. Идентификацию выполняют по двум признакам:
- значению Rf;
- окраске и характеру пятен после проявления.
Для аминных противостарителей в методе А основным реагентом является диазотированная сульфаниловая кислота. Для фенольных противостарителей используют последующую обработку гидроксидом натрия или хлоримидом, при необходимости с буферным раствором и нагревом пластины до 105 °C в течение нескольких минут.
Подтверждение идентификации проводят одним из способов:
- наносят на соседние дорожки неизвестный образец и предполагаемый стандарт и обрабатывают их одинаково;
- добавляют известный противостаритель к испытуемому раствору и оценивают совместное поведение пятен.
Стандартные хроматограммы и примеры разделения смесей
Для надёжной идентификации лаборатория должна иметь собственные стандартные хроматограммы тех противостарителей, присутствие которых можно ожидать в пробе. Их следует получать в тех же условиях, что и анализируемые образцы: с теми же растворителями, проявителями и, желательно, на той же пластине и в то же время.
Стандарт рекомендует предварительно отработать разделение следующих групп веществ:
| Группа противостарителей | Пример смеси | Рекомендуемый элюент |
|---|---|---|
| Низкополярные | Смесь диариламинов, фенил-β-нафтиламина и фенил-α-нафтиламина | Метод А: н-гептан/этилацетат 90:10 |
| Среднеполярные | Смесь замещённых п-фенилендиаминов | Толуол + ацетон + раствор гидроксида аммония |
| Высокополярные | Смеси с сульфонил- и диалкильными производными п-фенилендиамина | Толуол + ацетон + раствор гидроксида аммония; затем 95 частей толуола + 5 частей этилацетата |
Стандарт отдельно предупреждает, что фенил-β-нафтиламин и фенил-α-нафтиламин могут содержать небольшие количества β-нафтиламина, обладающего канцерогенным действием.
Предварительные цветные испытания перед тонкослойным анализом
В рекомендуемом приложении приведены простые предварительные испытания, позволяющие сузить круг возможных типов противостарителей до проведения тонкослойной хроматографии. Испытания выполняют на нескольких кубических сантиметрах экстракта, полученного примерно из 1 г вальцованного или мелко нарезанного каучука в 10 см³ безводного этанола.
| Реактив | Определяемые вещества | Характерный результат |
|---|---|---|
| Трёххлористое железо в этаноле | Фенилендиамины | Диалкилфенилендиамины — розовый цвет; алкиларилфенилендиамины — голубой; диарилфенилендиамины — зелёный |
| Трёхсульфатное железо + хлоргидрат гидроксиламмония | Хинолины | Красный цвет |
| п-Нитроанилин + азотнокислый натрий в кислой среде | Аминовые противостарители | Цвет от пурпурного до красного |
| Четырёххлористый титан | Большинство производных фенола и фенолоальдегидные смолы | Красный цвет |
Требования к оформлению результатов испытаний
Протокол испытания по ГОСТ 28621-90 должен содержать:
- ссылку на настоящий стандарт;
- данные, необходимые для идентификации испытуемого образца;
- противостарители, обнаруженные с использованием описанных методов;
- дату испытания.
Ссылочные нормативные документы
| Обозначение | Наименование | Где применяется |
|---|---|---|
| ГОСТ 24919-91 | Каучук. Определение сольвентного экстракта | Экстракция образца, разделы 2, 5.8, 7.1 |
Практические замечания по применению ГОСТ 28621-90
- все работы с летучими и токсичными растворителями проводят под вытяжкой;
- перегрев образца и экстракта выше 50 °C может исказить результаты;
- остатки спирта способны изменить подвижность пятен и значения Rf;
- для сопоставимости результатов эталонные и неизвестные образцы следует обрабатывать одинаково;
- при анализе сложных смесей точный рисунок и окраска пятен иногда важнее простой таблицы значений Rf.