Rapid Chromatographic Determination of Flame Retardants by HLPC and GC/MS

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Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2009-11-24
Issue Year
2009
Authors
Pöhlein, Manfred
Editor
Abstract

In the work at hand, questions of international concern about flame retardant analytics are discussed, which were brought up by the recent EU directives 2002/95/EC (RoHS) and 2002/96/EC (WEEE). This also includes the question about reference materials. Development of the fastest chromatographic methods known to the author until then are described in detail, concerning identification and quantification of polybrominated diphenyl ethers (PBDE), polybrominated biphenyls (PBB), and other brominated flame retardants in polymers from electrical and electronic equipment. Besides that, a method of producing reference materials for the mentioned task is exemplified. Analytical techniques applied are high performance liquid chromatography with UV detection (HPLC/UV), and gas chromatography, combined with mass spectrometry (GC/MS) and electron capture detection (GC/ECD), respectively. In addition, energy dispersive x-ray fluorescence spectroscopy (EDXRF) and it’’s micro-beam layout (µEDXRF) are utilised. Chromatographic methods include all relevant brominated flame retardants, and according phosphate-based flame retardants, mainly applied in styrene-based polymers from electrical and electronic equipment. By applying the GC/MS method, qualitative and quantitative analysis of all mentioned flame retardants in one sole measurement is possible. Furthermore, comparisons between Soxhlet extraction, thermodesorption and a newly developed, ultrasound-assisted extraction technique are provided, as well as a detailed study of these methods. Applying the last-mentioned technique, flame retardant polymers are completely dissolved, and subsequently, the polymer portion is selectively precipitated. Referring to this method, advantages concerning rapidness, quality of results, amount of work, and as well time consumption as cost savings are discussed. Overall, in this work several current, important questions concerning analytics of brominated flame retardants are discussed, with emphasis on rapidness, and solutions are demonstrated.

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die im Zuge der aktuellen EU-Direktiven 2002/95/EC (RoHS) und 2002/96/EC (WEEE) weltweit aufgeworfenen Fragen der Flammschutzmittelanalytik inklusive der Frage nach entsprechenden Referenzmaterialien. Die Entwicklung der schnellsten dem Autor bis dato bekannten chromatographischen Methoden zur Identifikation und Quantifizierung polybromierter Diphenylether (PBDE), polybromierter Biphenyle (PBB) und anderer bromierter Flammschutzmittel in Kunststoffen aus der Elektro- und Elektronikindustrie werden eingehend beschrieben. Außerdem wird ein Weg zur Herstellung von Referenzmaterialien für die genannte Analytik erläutert. Als analytische Techniken kommen Hochleistungs-Flüssigchromatographie mit UV-Detektion (HPLC/UV) und Gaschromatographie sowohl mit massenspektrometrischer Detektion (GC/MS) als auch mit Elektroneneinfang-Detektor (GC/ECD) zum Einsatz. Zusätzlich wird mit energiedispersiver Röntgenfluoreszenzanalyse (EDRFA) und ihrer ortsaufgelösten Variante (µEDRFA) gearbeitet. Die chromatographischen Methoden umfassen alle relevanten bromierten Flammschutzmittel, schließen aber auch wichtige Flammschutzmittel auf Phosphat-Basis nicht aus, welche hauptsächlich in styrol-basierenden Kunststoffen der Elektro- und Elektronikindustrie zum Einsatz kommen. Mit Hilfe der GC/MS-Methode ist eine qualitative und quantitative Analyse aller dieser Flammschutzmittel in einer einzigen Messung möglich. Des weiteren werden nähere Untersuchungen und Vergleiche mit Soxhlet-Extraktion, Thermodesorption und einer neu entwickelten, ultraschall-unterstützten Extraktionstechnik angestellt. Bei letztgenannter Technik werden die flammgeschützten Kunststoffe zunächst vollständig aufgelöst und der Kunststoffanteil anschließend selektiv ausgefällt. Die Vorzüge dieser Methode in puncto Analysengeschwindigkeit, Ergebnisqualität, Arbeitsaufwand und sowohl Zeit- als auch Kostenersparnis werden erläutert. Insgesamt behandelt diese Arbeit mehrere wichtige, aktuelle Fragen der Analytik bromierter Flammschutzmittel, mit einem Schwerpunkt auf Analyegeschwindigkeit, und zeigt Lösungswege auf.

DOI
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