Analýza ftalátů pomocí infračervené spektroskopie

Ftaláty jsou chemické sloučeniny velmi často využívané v polymerním průmyslu jako takzvaná změkčovadla neboli plastifikátory. Jedná se o dialkyl- nebo alkylarylestery 1,2-benzendikarboxylové kyseliny. Jejich sumární označení „ftaláty“ je odvozeno od triviálního názvu pro tuto kyselinu, kyselinu ftalovou.

Název ftalátu Obvyklá zkratka v praxi
Bis (2-Ethylhexyl) ftalát DEHP
Benzyl butyl ftalát BBP
Dibutyl ftalát DBP
Diisobutyl ftalát DIBP
Di-isononyl ftalát DINP
Di(isodecyl)-ftalát DIDP
Di(n-oktyl) ftalát DNOP


Jako změkčovadla jsou označována některá základní aditiva při výrobě plastů. Jedná se o látky zvyšující plasticitu (nebo přímo tekutost) materiálů, do kterých jsou přidávány, změkčují výsledný produkt, popřípadě zvětšují jeho ohebnost. Ftaláty lze dodnes nalézt ve stovkách produktů běžně se vyskytujících v domácnostech po celém světě: dětské hračky, kosmetika, šampóny, detergenty, obaly jídel, adheziva, plastická potrubí, lékařská zařízení atd.

Ftaláty jsou ovšem dle mnoha institucí potencionálně nebezpečné látky, mnoho států již několik let jejich používání reguluje a kontroluje, zejména co se týče výrobků, které jsou ve styku s dětmi. Hlavně u plastových hraček různých typů. Ftaláty se běžně používají jako změkčovadla v PVC (polyvinylchlorid), některé z nich však mohou poškodit řadu životních funkcí a jsou zkoumány jako potenciální karcinogeny, endokrinní disruptory a jsou značně toxické pro vodní organismy.

Českými médii například nedávno proběhla informace o tom, že mezi dětmi velmi oblíbené gumičky na pletení barevných náramků mohou obsahovat zdravotně nebezpečná množství ftalátů. Evropská Unie zakazuje prodej výrobků, u nichž obsah těchto nebezpečných látek překračuje limitní koncentraci 0,1 hmotnostního procenta (viz. níže), některé napodobeniny z tržnic však tyto limity mnohonásobně překročily. V praxi se ftaláty používají nejčastěji v koncentračním rozmezí 3–30 hmotnostních procent, dle požadavků na vlastnosti materiálu. Ftaláty v hračkách a dětské hygieně byly v Evropě regulovány již od roku 2005 pomocí směrnice Evropské Unie (EU Directive 2005/84/EC), a to až do roku 2009, kdy byla tato směrnice nahrazena chemickou politikou EU označovanou zkratkou REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of CHemicals). REACH limituje použití specifikovaných ftalátů (DEHP, DBP a BBP) na 0,1 hmotnostního procenta ve všech hračkách a výrobcích pro děti, v případě DINP, DIDP, DnOP je dokonce plně zakazuje u všech výrobků, které se mohou dostat do dětských úst. Nově byla 31. března 2015 v EU podepsána direktiva 2011/65/EU, která specifikuje pravidla a restrikce pro využívání nebezpečných látek v elektrických a elektronických zařízeních.

Tato direktiva, kromě jiného, jasně specifikuje maximální možné množství vybraných ftalátů v nově vyrobených elektrických a elektronických zařízeních, a to 0,1 hmotnostních procent pro ftaláty DEHP, BBP, DBP a DIBP a to s platností od 22 června 2019. Jinými slovy, výrobce elektrických a elektronických zařízení musí od 22. června 2019 deklarovat množství ftalátů používaných ve svých výrobcích.

Shodu (compliance) s těmito požadavky EU lze do výroby a kontroly kvality velmi rychle zavést pomocí techniky Fourier Transform Infrared spectroscopy - Infračervené spektroskopie s Fourierovskou transformací (FT-IR, FT-IČ). Tato metoda molekulové spektroskopie je velmi rychlým screeningovým nástrojem kvalitativní i kvantitativní analýzy ftalátů v polymerech.      

Infračervená spektrometrie jako optická nedestruktivní analytická metoda je pro prokázání přítomnosti ftalátů v plastech metodou velmi vhodnou. Obvykle stačí na měřící nástavec spektrometru (ATR: Attenuated total reflection) daný plastový výrobek přitisknout a změřit infračervené spektrum, poté vzorek odebrat a změřit další infračervené spektrum otisku tohoto vzorku. Porovnáním získaných IČ spekter s elektronickými databázemi IČ spekter získáme informace o totožnosti daného polymeru, ale velmi často i přítomného změkčovadla, lubrikantu či separátoru. Takový postup lze bez problémů zautomatizovat i pro neškolenou obsluhu ve formě rychlé kontroly kvality výrobku, včetně přítomnosti ftalátů do 0,1 hmotnostního procenta.

Technika měření infračervených spekter polymerů pomocí tzv. ATR nástavce ovšem neumožňuje přímou kvantitativní analýzu obsahu ftalátů ve výrobku, či kontrolovaném vzorku. Pro tento typ analýzy je nutné vzorek polymeru změřit v FTIR spektrometru pomocí klasické transmisní techniky měření. Tato operace již ovšem vyžaduje úpravu vzorku, tj. tvorbu folie s definovanou tloušťkou pro kvantitativní analýzu. Pro tyto účely nabízíme pro přípravu vzorku univerzální tvořič polymerních folií (universal polymer film maker).

Techniku tvorby fólií ze vzorku pro získání jeho transmisního infračerveného spektra je nutné využít pouze v následujících případech:

  • Je podezření, že obsah ftalátů ve vzorku je nižší než 0,1 hmotnostní procenta (v praxi nepravděpodobná situace)
  • Je nutná kvantitativní analýza obsahu ftalátů ve vzorku, tj. nepostačuje screeningový výsledek získaný rychlou technikou ATR nástavce (bez úpravy vzorku).

Společnost Nicolet CZ s.r.o. nabízí zevrubný balíček pro analýzu polymerů, jehož součástí je přenosný FT-IR spektrometr Nicolet iS5, ATR nástavec, transmisní nástavec, příslušenství pro tvorbu KBr tablet a polymerních fólií, knihovny vysoce rozlišených IR spekter (více než 13 000 spekter polymerů, aditiv, organických látek, anorganických látek atd.), možnost automatizace analýzy polymerů a samozřejmě jednoduché rozšíření pro další techniky analýzy jako je FTIR mikroskopie, kombinace s reometrií, TGA, GC, gelovou chromatografií atd.

Použitá literatura: