質譜儀-Mass 由DART-TOFMS分析工程塑料末端基團及推測其合成方式

聚苯硫醚（Polyphenylene sulfide, PPS）是一種具有良好耐熱性、耐化學性的高性能工程塑膠高分子，其結構由苯環與硫交替而成，現今已成為高性能工程塑料中用量較多的塑膠之一。PPS有幾種不同的合成方式，這使PPS末端基團（end group）結構特徵不同，由於PPS在室溫下不溶於溶劑，因此很難分析其端基結構。日本電子（JEOL）開發了一款thermal desorption/pyrolysis (TDP)/ Direct in Real Time (DART)質譜儀，DART可在常溫常壓下，直接對固體、液體、氣體及材料表面進行分析，在短時間內獲得溶劑、添加劑、聚合物等資訊，DART-MS透過熱脫附/裂解裝置加熱聚合物，產生一些低聚物像是主鏈的裂解產生的末端基團，這有助於分析聚合物的結構。本文使用TDP/DART-TOFMS分析PPS樣品，在不經前處理的情況下分析末端基團特徵，使用KMD圖分析，並推測本PPS樣品的合成方式。


▲大氣游離高解析質譜儀 DART-TOF	▲聚合物分析軟體 msRepeatFinder

分析結果

圖1(a)為加熱時總離子層析圖（TICC）的變化，氣體從200°C左右開始熱裂解產生，在550°C左右達到最大，隨後氣體量快速下降。圖1(b)顯示為180°C到500°C的平均分子量質譜圖，在質譜圖中觀察到一組間隔為108 u的峰，由精確分子量推測端基為C6H4S，PPS的單體。。

▲圖一 PPS樣品於加熱過程中的圖譜變化
(a) 加熱時總離子層析圖 (b) 180°C到500°C的平均分子量質譜圖

圖2(a)是將圖1 b的質譜圖由KMD圖呈現（單體單元：C6H4S），從KMD圖中可以觀察到四個特徵系列，並利用msRepeatfinder進行分組。由精確分子量和同位素峰模式可以知道每個系列的結構特徵，結果如圖2(b)所示，系列II和IV的同位素峰說明它們結構中分別含有一個和兩個氯，也可透過比較系列II的質譜圖和同位素峰模擬圖來確認化合物(c)。從這些端基分析結果可以推測該樣品是Pillips法合成的。