Optimierung der chromatographischen Trennung

Massenbereich durchführbar. Zum anderen sind die chromatographischen Eigenschaften der Derivate von PP und DEA besser als die der anderen Derivatisierungsreagenzien. Es ist eine gute Trennung aller Isocyanatderivate möglich und der Acetonitrilanteil des Eluenten kann im Vergleich zu den anderen Reagenzien bei PP und DEA niedriger gehalten werden. Auch die Chromatographie des oligomeren Isocyanats ist im Gegensatz zu den übrigen Derivatisierungsreagenzien mit PP und DEA gut durchzuführen. Lediglich die starke Abhängigkeit der Retentionszeiten der Derivate vom Acetonitrilanteil des Eluenten sind als nachteilig zu bewerten.

Im Hinblick auf die Detektion der mit PP als auch mit DEA derivatisierten Isocyanate lassen sich folgende Faktoren zusammenfassen: Die massenselektive Detektion zeigt bei PP-Derivaten eine hohe Response, bei DEA-Derivaten ist diese Response etwas niedriger. Beide Reagenzien-Derivate weisen charakteristische Qualifier für reagenzspezifische Fragmente und Harnstoffderivat-Fragmente auf.

Eine UV-Detektion ist bei PP-Derivaten problemlos, bei DEA-Derivaten nur für die aromatischen Isocyanate möglich. Dies ist auf ein fehlendes Chromophor des DEA-Reagenzes zurückzuführen.

Ähnlich verhält es sich bei der Fluoreszenzdetektion. Aufgrund der Fluoreszenzfähigkeit von PP können die PP-Derivate detektiert werden. DEA verfügt aufgrund seiner Struktur nicht über fluoreszierende Eigenschaften.

Da die Methode jedoch als Routinemethode zur Bestimmung von Isocyanaten mittels Fluoreszenzdetektion eingesetzt werden soll, wurde PP als “Routine“-Derivatisierungsreagenz ausgewählt. Um aber darüber hinaus die Möglichkeit zu haben, auch unbekannte Isocyanate zu identifizieren, soll zu diesem Zweck das Reagenz DEA zum Einsatz kommen. Hierzu erfolgt eine parallele Derivatisierung der unbekannten Isocyanate mit PP und DEA und eine Analyse mittels HPLC-MSD, an die sich durch Zuordnung korrespondierender Peaks eine Identifizierung der isocyanathaltigen Substanz anschließt.

4.3.1 Einfluss des pH-Wertes bei gleicher Ionenstärke

Zur Einstellung des pH-Wertes wurde der flüchtige Puffer Ammoniumformiat eingesetzt, da dieser auch für die beabsichtigte Verwendung der MSD geeignet ist.

Bei pH 4-7 ändert sich das Elutionsverhalten der PP-Derivate nicht (s. 10.4.2 Tab. 45).

Unterhalb von pH 4 kommt es jedoch zu einer starken Verkürzung der Retentionszeiten, welche auf eine zusätzliche Protonierung am PP-Rest zurückzuführen ist. Das Elutionsverhalten der DEA-Derivate ändert sich hingegen bei pH 3-7 nicht (s. 10.4.2 Tab. 46), da bereits im neutralen Milieu die DEA-Derivate vollständig protoniert sind.

Es wurde ein robuster Wert von pH 6 für die Analytik gewählt. Zudem konnte bei Vergleich der MS-Intensitäten der einzelnen Isocyanat-PP-Derivate bei unterschiedlichen pH-Werten ein Optimum der Intensität bei pH 6 abgeschätzt werden.

Da eine deutliche Abhängigkeit des Elutionsverhaltens bei den PP-Derivaten unterhalb eines pH-Wertes von 4 zu verzeichnen war, wurde der Einfluss des pH-Wertes der Injektionslösung ebenfalls untersucht. Bei unvollständiger Entfernung des Essigsäureanhydrids im Anschluss an die Acetylierung ist der pH-Wert der Injektionslösung kleiner 4, so dass es erwartungsgemäß zu einer Verbreiterung der Peakform der zuerst eluierenden Diisocyanatderivate 2,6-TDI und HDI kommt (Abb. 13).

0 5 10 15 20 25 30 35 min

mAU

0 10 20 30 40 50

Abb. 13 Isocyanatstandardgemisch der PP-Derivate

HPLC-UVD, pH-Wert: Injektionslösung = 3, Eluent = 6; 1a = 2,6-TDI, 1b = 2,4-TDI, 2 = HDI , 3a/b = IPDI, 4a/b = MDI, 5 = NI, 6 = PP acetyliert, Gradiententrennung, NH4-formiat / Acetonitril, von 80/20 (v/v) auf 50/50 (v/v) in 30 min, weitere Bedingungen s. 10.4.2 Tab. 44

4.3.2 Einfluss der Temperatur

Der Einfluss der Temperatur zwischen 25 °C und 45 °C bei gleichbleibender Zusammensetzung des Eluenten führt nur zu einer geringfügigen Änderung der Retentionszeiten der PP-Derivate (s. 10.4.2 Tab. 47). Die Trennleistung des Systems verändert sich nicht. Insbesondere hat die Temperatur keinen Einfluss auf die Trennung von 2,6-TDI und HDI.

1a 2

1b

5 3a 4a

3b 4b 6

Die Säulentemperatur wurde für die folgenden Untersuchungen auf 30 °C festgelegt, um bei hohen Raumtemperaturen die Analytik auch mit Säulenthermostaten ohne Kühlfunktion ermöglichen zu können.

4.3.3 Einfluss des organischen Modifiers Acetonitril beim isokratischen Eluenten Die bisher durchgeführten Untersuchungen führten nicht zu einer Änderung der Trennleistung.

Insbesondere wurde keine Verbesserung der Trennung von 2,6-TDI und HDI erreicht. Bei den Untersuchungen zur Auswahl der Derivatisierungsreagenzien zeigte sich bereits eine deutliche Abhängigkeit des Retentionsverhaltens der einzelnen Derivate vom Anteil des organischen Modifiers. Eine Änderung der Elutionsmittelzusammensetzung von NH4-formiat / Acetonitril 50/50 (v/v) auf 55/45 (v/v) führt zu einer deutlichen Verlängerung der Retentionszeiten vor allem im Bereich der später eluierenden Derivate (s. 10.4.2 Tab. 48). Bei dem nur einfach derivatisierten Monoisocyanat NI ist die Abhängigkeit einer veränderten Elutionskraft schwächer ausgeprägt als bei den Diisocyanaten (Abb. 27), so dass das NI-PP-Derivat bei einem Anteil von 45 % mit dem zuerst eluierenden IPDI-PP-Derivat zusammenfällt, während die Änderung des Anteils des Modifiers Acetonitril keinen Einfluss auf die Trennung von HDI und 2,6-TDI besitzt.

Die Derivate von DEA zeigen eine größere Änderung der Retentionszeiten bei Änderung der Elutionsmittelzusammensetzung als die Derivate von PP. Die später eluierenden Isocyanatderivate, die bei NH4-formiat / Acetonitril 50/50 (v/v) eine Retentionszeit von 10-15 min aufweisen, eluieren bei NH4-formiat / Acetonitril 55/45 (v/v) bis 40 min nicht. Lediglich NI ist auch in diesem Fall aufgrund der einfachen Derivatisierung in einem geringeren Ausmaß von dieser Abhängigkeit betroffen (s. 10.4.2 Tab. 49).

4.3.4 Einfluss von Methanol als Elutionsmittelkomponente

Ein Wechsel des organischen Modifiers auf Methanol bringt keine Verbesserung.

Mit Elutionsmittelgemischen aus NH4-formiat / Methanol von 60/40 (v/v) und von 40/60 (v/v) war keine Elution der monomeren Isocyanat-Derivate in einem Zeitfenster bis 50 Minuten möglich.

Folglich ist ein Ersatz von Acetonitril durch Methanol aufgrund der unter den angegebenen Elutionsbedingungen nicht durchführbaren Elution der Monomere und daher besonders im Hinblick auf Oligomere nicht möglich.

4.3.5 Trennung von oligomeren Isocyanaten

Der Einfluss der Elutionsmittelzusammensetzung ist bei Präpolymeren vergleichbar stark ausgebildet wie bei den Diisocyanaten. Bereits bei Acetonitrilanteilen von unter 55 % eluieren einzelne Verbindungen nicht mehr in einem für die Routineanalytik vertretbaren Zeitrahmen (Abb. 14), so dass die Möglichkeiten der Einflussnahme durch Änderung des Eluenten bei isokratischen Bedingungen nicht für eine Trennung ausreichen.

Es zeigt sich zudem, dass Präpolymere und Diisocyanate bei gleicher Elutionsmittelzusammensetzung teilweise im selben Zeitfenster eluieren.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Verhältnis Puffer/MeCN

Retentionszeit [min]

40 / 60 45 / 55 50 / 50 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

40 / 60 45 / 55 50 / 50

Abb. 14 Abhängigkeit von der Elutionsmittelzusammensetzung

Oligomere Isocyanat-PP-Derivate (links), oligomere Isocyanat-DEA-Derivate (rechts); Auswahl von Substanzpeaks eines Präpolymerisats, die 2 % der Gesamtfläche überschritten haben, (isokratische Trennung, NH4-formiat pH 6 / Acetonitril 40/60 (v/v) bzw. 45/55, (v/v) bzw. 50/50 (v/v), weitere Bedingungen s. 4.5 Tab. 4)

4.3.6 Entwicklung eines Elutionsgradienten zur Verbesserung der Trennleistung Bei isokratischer Elution ist in einer für die Routineanalytik akzeptablen Zeit keine vollständige Trennung aller monomeren Isocyanat-Derivate und möglicher Präpolymere möglich. Um jedoch eine Basislinientrennung aller monomeren Isocyanat-Derivate sowie der Präpolymere zu erzielen, war es notwendig einen geeigneten Elutionsgradienten zu entwickeln (Abb. 15).

5 10 15 20 25 30 35 40 45 min mAU

0 20 40 60 80 100 120 140

Abb. 15 Isocyanatstandardgemisches der PP-Derivate

HPLC-UVD, Substanzen s. 10.4.1 Tab. 37, mit dem oligomeren Isocyanat-Gemisch unter den optimierten Bedingungen (s. 4.5 Tab. 4), UV-Detektion bei 240 nm, 1a = 2,6-TDI, 1b = 2,4-TDI, 2 = HDI, 3a/b = IPDI, 4a/b = MDI, 5 = NI, 6 = PP acetyliert, 11-14 = Oligomere 1 bis 4

Um das Spektrum identifizierbarer Isocyanate zu erweitern, wurden über die o.a., aufgrund ihrer Verwendung bedeutendsten Isocyanate, zusätzliche Isocyanate ausgewählt, die in der Praxis in seltenen Fällen auch zur Anwendung kommen können. Mit den Substanzen CHI (s. 2.3.1 Abb.

1), PI (s. 2.3.1 Abb. 2), trans-1,4-CHDI (s. 2.3.1 Abb. 2) sowie 1,3- und 1,4-PDI (s. 2.3.1 Abb. 2) wurde ein separates Standard-Gemisch hergestellt, da mit den gegebenen chromatographischen Bedingungen keine vollständige Abtrennung von den bisher eingesetzten Isocyanaten möglich war (Abb. 16). Diese wird auch nicht für notwendig erachtet, da die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Isocyanate in einem Kleber technologisch in der Regel nicht sinnvoll ist und die Absicherung mittels MSD eine eindeutige Zuordnung ermöglicht, an die dann eine Quantifizierung mit den jeweiligen Standards anschließen kann.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 min

mAU

0 10 20 30 40 50

Abb. 16 Isocyanatstandardgemisch der zusätzlich untersuchten PP-Derivate

HPLC-UVD, Substanzen s. 10.4.1 Tab. 38, Bedingungen (s. 4.5 Tab. 4) mit UV-Detektion bei 240 nm, 7

= trans-1,4-CHDI, 8a/b = PDI, 9= PI, 10 = CHI, 5 = NI, 6 = PP acetyliert 7

8a

9 8b

10 6 5

6

1a 2

1b

5

3a 4a

3b 4b 11

13

12 14

4.4 Optimierung der Detektion