背景介绍

汽车、自行车等轮胎所用橡胶需要具有较高的耐候性、耐热性和长期耐磨性。但随着橡胶的磨损，它会与道路上的矿物质颗粒混合，产生“轮胎和路面磨损颗粒”(TRWP)。TRWP可以含有多种物质，如硫化促进剂、抗氧化剂(如6PPD)和增塑剂，当释放到环境中时，TRWP物质可能对生态系统有害。因此，要减少TRWP物质的释放量，提高轮胎的耐磨性以及对橡胶中的各种助剂进行评估是必不可少，其中，橡胶中添加剂：硫化物促进剂，可改善橡胶的力学性能、耐热性与耐久性，需要加强对含硫促进剂的研究。

图 轮胎示意图

聚合物中添加剂分析难点

• 基体复杂：轮胎等橡胶基质干扰显著，易掩盖痕量添加剂信号；

• 添加剂种类繁多：组分多样且热稳定性差，传统方法易致分解与漏检；

• 分析选择性强：轮胎中含硫类添加剂需高选择性检测，常规手段灵敏度不足。

岛津解决方案

岛津GCMS-QP2020 NX以其优异的灵敏度和扩展性，结合Py-3030D热裂解仪，搭配SMI检测器分流技术，同时将火焰光度检测器（FPD）与质谱检测器（MS）联用，可实现含硫化合物的高选择性、高灵敏度检测与同步定性分析，显著减少分析所需的时间与人力消耗。

图 SMI检测器分流系统

一 Py-GCMS分析流程

用刀具切取约0.2 mg橡胶样本，置于样品小杯中，结合惰性化检测器分流系统(SMI)，样品经MS和FPD检测器完成分析。

图 轮胎样品Py-GCMS分析流程图

二 Py-GCMS分析轮胎橡胶聚合物组成

结果显示，橡胶样品热裂解峰在370至500°C的范围，基于F-Search EGA-MS聚合物库，轮胎橡胶中基础聚合物被推断为丁苯橡胶(SBR)。且在240-370°C之间有一个明显肩峰，推断该肩峰来自添加剂，故进一步通过热裂解程序升温模式，将添加剂逐步脱附出来，并进行分析。

图 轮胎样品EGA-GCMS分析

图 聚合物推测结果(依据F-Search)

三 Py-GCMS/FPD分析轮胎橡胶中含硫添加剂

用刀具切取约0.5 mg轮胎样本，置于样品小杯中，经Py-GCMS/FPD方法对样品进行分析。（MS:FPD＝1:10比例；Py程序：60℃，20℃/min至370℃，保持1 min），GC-FPD及GC-MS分析结果如下：

图 轮胎样品GC-FPD（S滤光片）色谱图

图 轮胎样品GCMS分析总离子流图

对GC-FPD检测到4个明显特征峰，结合岛津特色Polymer Additives Library Ver2.0及NIST谱库进行定性分析；化合物推测1号峰为苯并噻唑，3号峰为2-苯并噻唑酮，4号峰为2,2‘-联苯并噻唑；其中2号峰仅根据TIC图不能自动检测到该组分为含硫组分，因此，通过检查m/z 181的质谱图，成功地鉴定了2号峰为含硫组分：2-甲硫基苯并噻唑。

图 4个峰的NIST谱库检索结果（从上到下，1~4号峰）

结语

本研究基于Py-GCMS技术平台，通过引入惰性化样品分流装置，有效抑制了样品降解与吸附损失，保障了目标成分的完整传输；同时，利用FPD检测器对硫元素的高选择性响应，实现了复杂橡胶基质中痕量含硫添加剂的特异性检测。二者的协同作用大幅提升了整体方法的分析效率与准确性，为高分子材料中特定元素形态添加剂的识别提供了新的途径。

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