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Fresenius Z. Anal. Chem. 293, 4-10 (1978) Fresenius Zeitschrift fiir iii !ii iii iii !iiii~ 9 by Springer-Verlag 1978 Analyse synthetischer FlugturbineniRe dutch Gas-Chromatographie-Massenspektrometrie Teil II. Trimethylolpropan-Dipentaerythritesteriile Alfred Zeman Hochschule der BundeswehrMtinchen, FachbereichLuff- und Raumfahrttechnik, WE Chemie, D-8014Neubiberg Peter Bartl und Albert Schaaff Materialprtifstelle der BundeswehrErding, D-8058 Erding Analysis of Synthetic Aviation Turbine Oils by Gas Chromatography-Mass Spectrometry. Part II. Trimethylolpropane Ester/ Dipentaerythritol Ester Oils Summary. A commercial synthetic aviation turbine oil based on fatty acid triesters of trimethylolpropane and hexaesters of dipentaerythritol was investigated by gc- ms. The formation of specific ions by electron impact induced fragmentation which are important for the analysis of these oils is discussed. The complex ester mixtures can be separated by gas chromatography according to molecular size of the ester components. The separation of isomeric trimethylolpropane esters is not successful. The identification of these components is possible by mass spectrometry. The structure of the minor components present, fatty acid hexaesters of dipenta- erythritol, was also determined by mass spectrometry. The determination of quantitative fatty acid com- position of the trimethylolpropane ester and dipenta- erythritol ester components after separation by column chromatography and calculation of the possible ester components allowed a detailed characterisation of the complex ester system present. Zusammenfassung. Ein handelsfibliches synthetisches Flugturbinen61 auf Basis yon Fetts/iuretriestern des Trimethylolpropans und Fetts/iurehexaestern des Di- pentaerythrits wurde mittels GC-MS untersucht. Die Bildung der ffir die Analytik beider Polyolester wichti- gen Ionen bei der elektronenstoBinduzierten Fragmen- tierung wird diskutiert. Die komplexen Estergemisctie konnten gas-chromatographisch nach der Molmasse der Esterkomponenten getrennt werden. Die Auftren- hung isomerer Trimethylolpropanester gelang nicht. Ihre Identifizierung war aber massenspektrometrisch m6glich. Die Struktur der als Nebenkomponenten vorliegen- den Fettsfiurehexaester des Dipentaerythrits konnte ebenfalls massenspektrometrisch geklfirt werden. Die Bestimmung der quantitativen FettsS_urezusammenset- zung des Trimethylolpropanester- und Dipentaery- thritesteranteils nach s~ulenchromatographischer Trennung und Berechnung der m6glichen Esterkom- ponenten erlaubten eine detaillierte Charakterisierung dieses komplexen Systems. Key words: Analyse yon Flugturbinen61en, Trimethy- lolpropanester, Dipentaerythritester; Chromatogra- phie, Gas/Massenspektrometrie Einleitung Nach eingehenden massenspektrometrischen Studien an reinen Neopentylpolyolestern [5-7] galten unsere weiteren Untersuchungen der Frage, inwieweit diese Ergebnisse zur Analytik synthetischer Schmier61e auf Neopentylpolyolesterbasis genutzt werden k6nnen. In einer vorangegangenen Arbeit fiber Pentaery- thritester61e [9] konnten wit zeigen, dal3 die massen- spektrometrische Analyse der gas-chromatographisch nach C-Zahl getrennten Esterkomponenten auch den experimentellen Nachweis yon Isomeren erm6glicht und zusammen mit der Berechnung der statistischen Zusammensetzung dieser Ole einen sehr differenzierten Einblick in dieses System erlaubt. In der vorliegenden Arbeit soil die Leistungsffihig- keit dieses Analysenverfahrens bei der detaillierten 0016-1152/78/0293/0004/$ 01.40

Analyse synthetischer Flugturbinenöle durch Gas-Chromatographie-Massenspektrometrie

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Fresenius Z. Anal. Chem. 293, 4-10 (1978) Fresenius Zeitschrift fiir

iii !ii i i i i i i !iiii~

�9 by Springer-Verlag 1978

Analyse synthetischer FlugturbineniRe dutch Gas-Chromatographie-Massenspektrometrie

Teil II. Trimethylolpropan-Dipentaerythritesteriile

Alfred Zeman

Hochschule der Bundeswehr Mtinchen, Fachbereich Luff- und Raumfahrttechnik, WE Chemie, D-8014 Neubiberg

Peter Bartl und Albert Schaaff

Materialprtifstelle der Bundeswehr Erding, D-8058 Erding

Analysis of Synthetic Aviation Turbine Oils by Gas Chromatography-Mass Spectrometry. Part II. Trimethylolpropane Ester/ Dipentaerythritol Ester Oils

Summary. A commercial synthetic aviation turbine oil based on fatty acid triesters of trimethylolpropane and hexaesters of dipentaerythritol was investigated by gc- ms. The formation of specific ions by electron impact induced fragmentation which are important for the analysis of these oils is discussed. The complex ester mixtures can be separated by gas chromatography according to molecular size of the ester components. The separation of isomeric trimethylolpropane esters is not successful.

The identification of these components is possible by mass spectrometry. The structure of the minor components present, fatty acid hexaesters of dipenta- erythritol, was also determined by mass spectrometry. The determination of quantitative fatty acid com- position of the trimethylolpropane ester and dipenta- erythritol ester components after separation by column chromatography and calculation of the possible ester components allowed a detailed characterisation of the complex ester system present.

Zusammenfassung. Ein handelsfibliches synthetisches Flugturbinen61 auf Basis yon Fetts/iuretriestern des Trimethylolpropans und Fetts/iurehexaestern des Di- pentaerythrits wurde mittels GC-MS untersucht. Die Bildung der ffir die Analytik beider Polyolester wichti- gen Ionen bei der elektronenstoBinduzierten Fragmen- tierung wird diskutiert. Die komplexen Estergemisctie konnten gas-chromatographisch nach der Molmasse der Esterkomponenten getrennt werden. Die Auftren- hung isomerer Trimethylolpropanester gelang nicht.

Ihre Identifizierung war aber massenspektrometrisch m6glich.

Die Struktur der als Nebenkomponenten vorliegen- den Fettsfiurehexaester des Dipentaerythrits konnte ebenfalls massenspektrometrisch geklfirt werden. Die Bestimmung der quantitativen FettsS_urezusammenset- zung des Trimethylolpropanester- und Dipentaery- thritesteranteils nach s~ulenchromatographischer Trennung und Berechnung der m6glichen Esterkom- ponenten erlaubten eine detaillierte Charakterisierung dieses komplexen Systems.

Key words: Analyse yon Flugturbinen61en, Trimethy- lolpropanester, Dipentaerythritester; Chromatogra- phie, Gas/Massenspektrometrie

Einleitung

Nach eingehenden massenspektrometrischen Studien an reinen Neopentylpolyolestern [5-7] galten unsere weiteren Untersuchungen der Frage, inwieweit diese Ergebnisse zur Analytik synthetischer Schmier61e auf Neopentylpolyolesterbasis genutzt werden k6nnen.

In einer vorangegangenen Arbeit fiber Pentaery- thritester61e [9] konnten wit zeigen, dal3 die massen- spektrometrische Analyse der gas-chromatographisch nach C-Zahl getrennten Esterkomponenten auch den experimentellen Nachweis yon Isomeren erm6glicht und zusammen mit der Berechnung der statistischen Zusammensetzung dieser Ole einen sehr differenzierten Einblick in dieses System erlaubt.

In der vorliegenden Arbeit soil die Leistungsffihig- keit dieses Analysenverfahrens bei der detaillierten

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A. Zeman et al. : Analyse synthetischer Flugturbinen61e. Teil II. 5

-100

1

4 3

- 5 0

. . . . I,I 30 510

,h ...... Ill i , . I i I

100

113 + C6 HI3 C 0

0 i i

H5C2\c/CH20C-C6H13

C6 H13,C,0H2 C/ \CH20C-C6H13 0 0

+

C6H13.COOH 2

1 3 1 t

h . I . , L i I

1 5 0

H5C2~,-~CH2 I "~10

'*'il, ,t, t i , , I i

2 0 0

M +: 2 C6H13 COOH

229 - C5H11CH=C =0

297 3!, ,q- [ i i , i

250 3~)0 '

Abb. 1. Massenspektrum des Trimethylolpropan-tri-n-heptan-s~iureesters (777)

777 M=470

. 341 M+-C6H13 CO()

~ M+'-.C5 H13COOH

a4Ol ,. I [ M -C 5 HIO

325 I [ I 355/59 /.,00

i l I ' i t i I 350 /.,00

m/e~

0 II

113 C.5H13C0 + H 5C2\ /CH20C-C6H13 loo C 778

C7 H15- COH2 C/ NCH20C-C6H13 M=484 II II

~3 0 0

0 .,ill, v , ,,, i J f I i

30 50 100 150 200 250 300 350 400 role

Abb. 2. Massenspektrum des Trimethylolpropan-di-n-heptan-mono-n-oktans/iureesters (778)

Un te r suchung yon T r ime thy lo lp ropan - und Dipen ta - erythr i tes tergemischen, den beiden anderen technisch wicht igen Polyoles tern , an e inem handelsf ibl ichen Flugturbinen61 dargelegt werden.

E x p e r i m e n t e l l e s

Die Trimethylolpropan- und Dipentaerythritestergemische wurden durch Veresterung der entsprechenden Polyole mit Fettsfiuren in Gegenwart von p-Toluolsulfonsfiure in der fiblichen Weise [4] synthetisiert. Zur gas-chromatischen Bestimmung der quantita- tiven Fetts~iurezusammensetzung haben wir die Ole mit Methanol/SchwefeMiure umgeestert. Die Trennung der Trimethylol- propan- von den Dipentaerythritestern wurde s~iulen-chromatogra- phisch durchgeffihrt. 500 mg O1 wurden aufca. 10 g Kieselgel, Merck, Aktivitfit I mit ca. 1500 ml Benzol (~480 mg Trimethylolpropan- ester) und anscl~liel3end mit ca. 500 ml Methanol eluiert (~ 20 mg ,Dipentaerythritester).

Die Massenspektren wurden mit dem Gerfit 311 A der Firma Varian MAT fiber die GC-Kombination gemessen (Quellentemp. 250 ~ C, Elektronenenergie 70 eV). GC-Bedingungen: Gerfit: Varian Aerograph 1400, S~.ule 1 m 3 ~ OV 101 auf Chromosorb G-AW- DMCS 80/100 mesh, Ofentemperatur: 240 - 340 ~ C mit 6 ~ C/rain (C)I) bzw. 50-200~ mit 10 ~ C/rain (Fettsfiuremethylester); Trfigergas: 30 ml/min He (GC-MS) bzw. N 2.

E r g e b n i s s e und D i s k u s s i o n

Erwartungsgemfil3 erm6gl icht die G a s - C h r o m a t o g r a - phie auch bei T r ime thy lo lp ropan t r i e s t e rn und Dipen- tae ry thr i thexaes te rn nur die Auf t r ennung der K o m p o - nenten nach s teigender Molmasse . Es gelingt weder die Trennung von I someren noch von Pentaery thr i t - und Tr ime thy lo lp ropanes t e rn gleicher C-Zahl . Die Inter- p re ta t ion der Massenspek t ren er laubt a n h a n d charak- terist ischer F ragmen te die Unte r sche idung von Vertre- tern verschiedener Polyoles te r und darf iber h inaus den exper imente l len Nachweis von Isomeren.

Massenspektrometrische Fragmentierung yon einsdurigen und gemischtsdurigen Triestern des Trimethylolpropans

Die ftir die Ident i f iz ierung der E s t e r k o m p o n e n t e n der Ole wichtigen F ragmen t i e rungen sollen nachfo lgend nfiher erlfiutert werden (Abb. 1 - 3 , vgl. auch [6]). A b b i l d u n g 1 zeigt das E I - M a s s e n s p e k t r u m des Tr ime- thy lo lpropant r i -n-heptansf iurees te rs ( K u r z f o r m 777).

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o II

HsC~ ?H2-O-C-C6H13

c / \

CH2-O-~-C6H13 (C7Hls)

vHls COOH) §149

Hx3C6-C-O-H2C

�9 ]0 [-- -C6H,3CO6 / / ~ /

(C~H~COO).//H HsC2 :CH2--6 /

\ / \ . - H C ?C=CHX = C C=CHX

/ \ / \ /

, \ o / . ,, m/e 341 (X=CsHll, R=C6H13)

/ a, m/e 355 (X=CsHH, R=C~Hls) 20+ C6H13COOH/

�9

HsC2 CH2 --]+ Ion e ,m/e 210 HsC~/CH2 ~+ ~ # e', m/e 224

c, m/e 229(R=C6H13) d, m/e 198(R=C6H13) c', m/e 243(R=C~Hls) d', m/e 212(R=CTHIs)

Acyl + 85 Abb. 3. Massenspektrometrische Hauptspaltreaktionen von Trimethylolpropantrifettsfiureesterr~

Fresenius Z. Anal. Chem., Band 293 (1978)

M +~ 470(777) = 484(778)

b, m/e 340 b', m/e 354

Das Molekfilion, M, m/e470 wird nur bei sehr hoher Empfindlichkeit beobachtet (tel. Int. _<0,1 ~). Basispeak ist das Acylion m/ell3, das erlaubt, die Gr6Be der Fettsfiurekette eindeutig festzulegen. Cha- rakteristisch ffir diese Ester und zur schnellen Unter- scheidung yon anderen Neopentylpolyolestern geeig- net, ist das Ion d (Acyl + 85), hier m/e 198 [6]. Ebenso typisch ist das dutch Eliminierung von zwei Fettsfiure- molekfilen gebildete Ion e, hier m/e 210 (vgl. Abb. 3). Die weiteren Hauptspaltfragmente werden, wie in den Massenspektren der Fettsfiuretetraester des Penta- erythrits [5, 6] durch M-C6Ha 3COO, a, m/e 341 und M- C6Ha3COOH, b, m/e 340 gebildet, Keteneliminierung ffihrt ausgehend von a zu c, m/e 229 und weiter unter Abspaltung von CHzOH zu d, m/el98 (Acyl +85). Dieses Ion wird auch aus a und b direkt gebildet (vgl. Abb. 3 und [6]). Anhand der diskutierten Ionen ist eine sichere Identifizierung dieses Esters als 777 m6glich. Isomere verzweigte Ester k6nnen ebenfalls identifiziert werden [6].

Die Fragmentierung eines gemischten Esters, 778 (Abb. 2) verlfiuft analog. Wie zu erwarten, treten die entsprechenden Ionen M-CTH15COO(H), a, m/e341 (b, m/e340) und M-C6H13COO(H), a', re~e355 (b', m/e 354) mit ihren Folgeionen c, m/e229, c', m/e243 und d, m/el98, c:, m/e212 (Acyl +85) intensiv auf

(Abb. 2 und 3). Durch M-2 RCOOH entstehen die beiden charakteristischen Ionen e, m/e210, M- (C6H13COOH + CTH15COOH ) und e~ m/e224, M-2 C6H13COOH.

Die cIa-Massenspektrometrie bringt gegenfiber der EI2-Massenspektrometrie keine besonder~n Vor- teile. Intensive Molekfilionen werden auch hier nicht beobachtet. Als intensivstes Ion im oberen Massenbe- reich trltt M-RCOO auf, dies mag bei der Identifizie- rung yon gas-chromatographisch getrennten isomeren Estern gleicher Molmasse gelegentlich von Nutzen sein.

Identifizierung der Komponenten handelsiiblicher Flugturbinen6le mit GC-MS

Hauptkomponenten. Abbildung 4 zeigt das Gas-Chro- matogramm eines handelsfiblichen Flugturbinen61 s. Die Massenspektren der GC-Peaks 1 - 1 0 zeigen, dab es sich um homologe Ester des Trimethylolpropans mit den n-Fettsfiuren C 6, C7, Cs und C1o handelt (vgl. Tabelle 1).

Das Auftreten verschiedener Acylionen bei Peak 1 - 10 zeigt, dab wie zu erwarten in den gas-chromato-

1 Chemische Ionisation 2 Electron impact

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A. Zeman et al. : Analyse synthetischer Flugturbinen61e. Teil II.

Tabelle 1. Acylionen und Ionen d (Acyl + 85) in den Massenspektren der GC-Peaks 1 - 1 0 (vgl. Abb. 4)

GC-Komponente, Abb. 4, role (rel. Int ~)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gesffmt-Fettsfiure- C-Zahl 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30

M + 456 470 484 498 512 526 540 554 568 596

C s H ~ C O + 99 (64)* (26)* (10)* (12) (20)* - (9)* - -

C~H13CO + 113 (100) (100) (100) (73) (84) (100) - (71) - -

C7H,5CO + 127 (9) (19) (60) (100)* (100)* (92)* (100)* - (70)* -

C9H19CO + 155 (3) (39) (77) (42) (100) (100) (100)

d, C s H ~ C O + +85 184 (7) (2) (0,8) (0,8) (1,1) (0,4) - - -

d', C6H~3CO + +85 198 (i0) (10) (10) (7) (8,5) (I1) -- (7). - --

d", C7H~5CO + +85 2 1 2 - (2) (5,5) (10) (10) (9) (10) - (5) -

d " , C9H~9CO + +85 240 (0,5) (3) (7) (4) (9) (9) (10)

* z.T. auch C,,H2,+1 +

Tabelle 2. Theoretisch m6gliche und massenspektrometrisch nachweisbare Esterkombinationen der Hauptkomponenten (vgl. Abb. 4, Peak 1 - 10)

Peak Gesamt- Theoret. Massenspektrom. Zur Identifizierung benutzte spezifische Ionen a, e Nr. Fetts~iure- m6gliche nachgewiesene und Informationen aus Tabelle 1

C-Zahl Kombina- Kombina- tionen [4] tionen

1 20 668 a 668 a:m/e327 (M-C6H13Co()), role 313 (M-CTH15CO6) 677 677 e: m/e 224 (M-2 CsH 11COOH),

m/e 210 [M- (CsHnCOOH + C6H13COOH)]

2 21 678 678 a: m/e 355 (M-CsHl lCO0) , m/e 327 (M-CTH13CO()) 777 777 b e." m/e 224 [M-(CsH 11COOH + C6H 13COOH)],

m/e 196 [M-(C6HI3COOH + C~HIsCOOH)]

3 22 6610 - a.'m/e 369 (M-CsHllCOO), m/e 355 (M-C6H13CO0) 688 688 778 778 e." m/e 210 [M-(C6H13COOH + CTH15COOH)]

4 23 6710 Spur c a.'m/e 355 (M-CTH15COO) 788 788 e: m/e 224 [M-(C6H~3COOH + CTH15COOH)]

5 24 6810 6810 a:m/e 397 (M-CsHl lCO0) , m/e 383 (M-C6H13COO) 7710 7710 888 888 b e.'m/e 210 [M-(C6H13COOH + C9H19COOH)]

6 25 7810 7810 Tabelle 1

7 26 61010 61010 a: m/e 425 (M-CsH 11CO0), m/e 397 (M-CvHlsCO0) 8810 8810 e.'m/e 224 [M-(CTH15COOH + CgH19COOH)]

8 27 71010 71010 Tabelle 1

9 28 81010 81010 Tabelle 1

10 30 101010 101010 Tabelle l

a Kurzschreibweise C-Zahlen der enthaltenen FettsS.uren b Aufgrund der Intensitfiten yon d und C,H2,,+ICO + (vgi. Tabellel) ~ C,H2n+ICO + (vgl. Tabelle 1)

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8 Fresenius Z. Anal. Chem., Band 293 (1978)

34 6

;9

12 A ,o14

0 5 10 15 20 t [mio]

Abb. 4. Gas-Chromatogramm eines handelsfiblichen Flugturbinen- 61es auf Trimethylolpropan-Dipentaerythritesterbasis

graphisch einheitlichen Peaks mehrere isomere Ester vorliegen. In Tabelle 2 sind die bei Veresterung yon Trimethylolpropan mit einem Fetts/iuregemisch der gefundenen Zusammensetzung theoretisch m6glichen [4] und massenspektrometrisch nachweisbaren Ester- kombinationen zusammengestellt. Das Prinzip der massenspektrometrischen Ermittlung der Isomerenzu- sammensetzung anhand ausgew~ihlter Ionen ist in Tell I dieser Arbeit [9] n/iher erlfiutert. Alle im Bereich C2o - C28 theoretisch m6glichen siebzehn Isomeren k6nnen massenspektrometrisch eindeutig nachgewiesen wer- den. Damit wird bewiesen, dab dieses O1 beziiglich seines Trimethylolpropanesteranteils in einem Verfah- rensschritt hergestellt wurde.

Nebenkomponenten. In den Massenspektren der Peaks 1 1 - 14 in Abbildung 4 treten die ffir Dipentaerythrit- hexafettsfiureester typischen Ionen [8] auf. Die ftir die Strukturermittlung wichtigsten Ionen sind in den

Schema 1

~ % Rel Inf.

~~ I 80 1 Ic,+", co" 601 a,R=555

4.0 n)

1001 I § 8o I Iq'H' c~

a

85 127 371 143

6o8~176176 I c4 H'p C~247

Cg HIg CO 55

8'5 155 371 441

'~t c~H, co. 6~ l c? H15 c~ o:Ro558 t,0 a

0, k ! R:5551

Paak 11

555555 M =758

Peak12

555558

M = 800

a l R=558

55

Peak 13

555 5510

M =828

~', R= 5510

[

Peak 1/~

555588

H = 842

a;" R=588

L 1,55

= m/e

~- m/e

= m/e

m/e

Abb. 5. Auszugsweise Darstellung der Massenspektren der Di ~enta- erythrithexaester in den Peaks 11-14 (vgl. Abb. 4)

Abbildungen 5 a - d mit korrektem Intensiditsverhfilt- nis wiedergegeben. Die Acylionen m/e 85, m/e 127 und re~el55 zeigen, dab einfach und gemischte Ester der Valerian-, Capryl- und Caprins/iure vorliegen. Das f/Jr die Analytik der Fettsfiurehexaester des Dipentaery- thrits wichtigste Ion a wird wie folgt gebildet:

R1-C-O-CHe C H 2 ~ ( ~ C . H a r

/ \ / \

O O O O

o / / " x o II + d- I1 R1-C-O-CH2 CH2-O C~27H2-O-C-Rs

V / \ / " R2-~-O-CH 2 CH~-O O' CH2

O O

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A. Zeman et al. : Analyse synthetischer Flugturbinen61e. Teil II. 9

TabeUe 3 a Statistisch errechnete und gas-chromatographisch ermittelte Zusammensetzung des Trimethylolpropanesteranteils (vgl. Abb. 4, Peak 1 - 10)

Peak Gesamt- Ester- P Pges Fett- kombina- % m/m % m/m s~iure- tionen C-Zahl

- 18 666 < 0,01 < 0,01 -

- 19 667 0,10 0,10 -

1 20 668 0,14 0,95 1,2 677 0,81

2 21 678 2,35 4,57 6,0 777 2,22

3 22 6610 0,10 11,52 12,1 688 1,71 778 9,71

4 23 6710 1,58 15,75 15,5 788 14,17

5 24 6810 2,30 15,71 15,3 7710 6,51 888 6,89

6 25 7810 19,01 19,01 18,5

7 26 61010 0,77 14,64 13,5 8810 13,87

I

8 27 71010 6,38 6,38 7,1

9 28 81010 9,30 9,30 8,9

10 30 101010 2,08 2,08 1,9

nach GC % m/m

Dieses Ion tritt auch in den Massenspektren der Fettsguretetraester des Pentaerythrits auf und liegt vermutlich als cyclisches Acetal [5] vor. Sind verschie- dene Fetts/iureketten im Estermolektil enthalten, dann treten mehrere intensive Ionen a, a', a" usw. auf und erlauben damit eine schnelle Identifizierung der vorlie- genden Substanz. Die in Abbildung 5 a - d aufgefiihr- ten Esterkomponenten zeigen, dab zur Herstellung des Dipentaerythritesteranteils ein anderes Fetts/iurege- misch als zur Herstellung des Trimethylolpropanester- anteils verwendet wurde. Zur n/iheren Charakterisie- rung beider Polyolesteranteile durch Modellrechnun- gen nach bekanntem Schema [9] warden diese sfiulen- chromatographisch getrennt und ihre Fetts/iurezusam- mensetzung nach Umesterung mit Methanol/ SchwefelsSmre gas-chromatographisch quantitativ be- stimmt.

Berechnung der statistischen Isomerenzusammensetzung

Trimethylolpropanesteranteil. Das Fetts/iuregemisch besteht aus 3 , 4 ~ Capronsfiure (C 6 ) , 28,1 ~ Onanth- s~iure (Cv), 41,0 ~ Capryls/iure (C8) und 27,5 ~ Caprin- sfiure (Clo). Damit errechnet sich die in Tabelle 3a aufgeftihrte statistische Isomerenzusammensetzung

Pges = Z P (P = Konz. in o/ /o (m/m) [9] (vgl. Tabelle 3). Die durch GC ermittelte quantitative Zusammenset- zung bei Auftrennung entsprechend der Molmasse (Gesamt-Fettsfiure-C-Zahl) der Esterkomponenten i s t in Tabelle 3a zum Vergleich enthalten. Die Uberein- stimmung ist gut und beweist damit die statistische Zusammensetzung dieses Olanteils. Quantitative Aus- sagen fiber die Konzentration der einzelnen Esterkom- ponenten erlauben eine detallierte und ffir die Praxis wichtige [3] Charakterisierung der Olbasis. Diese Er- gebnisse konnten dutch Resynthese aufgrund der ana- lytisch ermittelten Fetts/iurezusammensetzung voll be- st~itigt werden.

Dipentaerythritesteranteil. Die Bestimmung der Fett- s~iurezusammensetzung ergab die folgenden Werte: 60,7% Valeriansfiure (C5), 26 ,1~ Caprylsfiure (C8) und 13,2 ~ Caprins/iure (Clo). Bei der Veresterung von drei verschiedenen Fettsfiuren mit Dipentaerythrit gibt es achtundzwanzig m6gliche Esterkombinationen ([4, 9], vgl. Yabelle 4).

Die aufgrund obiger Daten errechnete quantitative Zusammensetzung des Dipentaerythritestergemisches ist in Tabel le3b wiedergegeben. Eine quantitative Analyse des vollstfindigen Dipentaerythritesteranteils ist gas-chromatographisch nicht m6glich, da die hoch- siedenden Substanzen z.T. nicht mehr eluiert werden:

Page 7: Analyse synthetischer Flugturbinenöle durch Gas-Chromatographie-Massenspektrometrie

10 Fresenius Z. Anal. Chem., Band 293 (1978)

Tabelle 3b. Statistisch errechnete Zusammensetzung des Dipenta- erythritesteranteils (vgl. Abb. 4)

Peak Gesamt- Ester- P Pges Fett- kombinationen % m/m % m/m sS, nre- C-Zahl

11 12 13 14

30 555555 5,00 5,00 33 555558 12,90 12,90 35 5555510 6,53 6,53 36 555588 13,87 13,87 38 5555810 14,03 14,03 39 555888 7,95 7,95 40 55551010 3,55 3,55 41 5558810 12,07 12,07 42 558888 2,56 2,56 43 55581010 6,10 6,10 44 5588810 5,19 5,19 45 555101010 1,03 1,47

588888 0,44 46 55881010 3,94 3,94 47 5888810 1,12 1,12 48 558101010 1,33

888888 0,03 1,36 49 58881010 1,13 1,13 50 5510101010 0,17

8888810 0,10 0,27 51 588101010 0,57 0,57 52 88881010 0,12 0,12 53 5810101010 0,14 0,14 54 888101010 0,08 0,08 55 51010101010 0,01 0,01 56 8810101010 0,03 0,03 58 81010101010 0,01 0,01 60. 101010101010 < 0,01 <0,01

stellt werden. Der Zusatz yon ca. 6 ~o Dipentaerythrit- ester erffillt offensichtlich die Funktion eines Verdik- kers. Obwohl beide Teile ftir sich als thermodynamisch stabil zu betrachten sind, entsteht durch ihre Mischung ein,,metastabiles" System, mit der Gefahr von Umeste- rungen bei hohen Einsatztemperaturen [3].

Schlugfolgerung

Das vorgestellte Analysenverfahren bringt einen erheb- lichen Fortschritt bei der Charakterisierung von Neo- pentylpolyolester61en. Die Gas-Chromatographie- Massenspektrometrie erlaubt ohne vorausgehende che- mische Umsetzungen detallierte Aussagen fiber das vorliegende Polyolestergemisch. Selbst die Direktana- lyse gas-chromatographisch nicht trennbarer Ester verschiedener Polyole bereitet in der Regel keine beson- deren Schwierigkeiten. Dadurch ist es nicht nur m6g- lich thermodynamisch stabile Systeme yon ,,metasta- bilen" zu unterscheiden, sondern auch zu prfifen, ob diese beim praktischen Einsatz Umesterungsreaktio- nen unterliegen.

Das vom Rechner gespeicherte Datenmaterial kann darfiber hinaus auch zur Identifizierung der Additive herangezogen werden [1].

Literatur

Tabelle 4. Anzahl der Esterkomponenten bei Umsetzung yon Trime- thylolpropan und Dipentaerythrit mit Fettsfiuregemischen

Anzahl FettsS.uren Trimethyolpropan Dipentaerythrit

1 1 1 2 4 7 3 10 28 4 20 84

Die F1/ichenverMltnisse der eluierbaren Komponenten des (Jles stimmen mit der Rechnung und einem durch Resynthese gewonnenen Gemisch gut tiberein. Das vorliegende O1 enth/ilt Anteile yon zwei verschiedenen Polyolestertypen, die unabhfingig von einander herge-

1. Bartl, P., Schaaff, A., Zeman, A. : Erd61 u. Kohle, Compendium 77/78, S. 176

2. Byford, D. C., Edgington, P. G.: Proc. 8th World Petroleum Congr. 5, 101-110 (1971)

3. Niedzietski, E. L.: Ind. Engng. Chem., Prod. Res. Div. 15, 54 (1976)

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21 (1978)

Eingegangen am 28. Februar 1978