Ermittlung des Vernetzungsgrades und Beladungszustandes von Ionenaustauschern auf Kunstharzbasis durch Pyrolyse-Gas-Chromatographie

Abstract

A special introduction device with switching of carrier gas for improving the reproducibility of pyrolysate composition in pyrolysis gas-chromatography has been described. Its influence on the formation of pyrolysis products and on retention times has been studied on a model substance. The peak area ratios for determining the degree of cross-linking in ion exchangers on styrene-DVB basis can be estimated considerably more accurately with the help of carrier gas switching. Since anion exchangers yield lessα-methylstyrene on pyrolysis than do cation exchangers, their peak area ratios are appreciably larger. Increasing the degree of cross-linking lowers the ratios with the anion exchangers and raises them with the cation exchangers.

At 400° C the thermal attack on anion exchangers with styrene-DVB matrix occurs mainly at the active group. The methyl esters or their decomposition products formed from the counter ions are characteristic pyrolysis products. A feature of Dowex 1 is the formation of trimethylamine; of Dowex 2, acetaldehyde.

In this way, pyrolysis gas-chromatography enables information about the degree of cross linking and the nature of the anion of ion exchangers, as well as about the matrix, type and structure of the functional group and position of substitution of the anchor group in the matrix to be obtained.

Zusammenfassung

Zur besseren Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung des Pyrolysates bei der Pyrolyse-Gas-Chromatographie wird eine spezielle Eingabenanordnung mit Trägergasumschaltung beschrieben und deren Einfluß auf die Bildung der Pyrolyseprodukte und auf die Retentionszeiten mit einer Modellsubstanz untersucht. Mit Hilfe der Trägergasumschaltung kann man die Bandenflächenverhältnisse zur Bestimmung des Vernetzungsgrades von Ionenaustauschern auf Styrol-DVB-Basis wesentlich genauer ermitteln. Da bei der Pyrolyse von Anionenaustauschern wenigerα-MSt auftritt als bei den Kationenaustauschern, sind die Bandenflächenverhältnisse bei ersteren wesentlich größer. Bei den Anionenaustauschern werden sie mit steigendem Vernetzungsgrad kleiner, wohingegen bei den Kationenaustauschern die Werte steigen.

Bei 400° C erfolgt der thermische Angriff im wesentlichen an der aktiven Gruppe der Anionenaustauscher mit Styrol-DVB-Matrix. Die aus dem Gegenion entstehenden Methylester bzw. deren Zersetzungsprodukte sind charakteristische Pyrolyseprodukte. Kennzeichnend für Dowex 1 ist das Auftreten von Trimethylamin, für Dowex 2 das von Acetaldehyd.

Somit ist es mit der Pyrolyse-Gas-Chromatographie möglich, zusätzlich zur Matrix, Art und Struktur der funktionellen Gruppe sowie Substitutionsstelle der Ankergruppen an der Matrix auch Vernetzungsgrad und Beladungszustand von Ionenaustauschern zu ermitteln.