GPC Chimie de bază Waters

Separări GPC/SEC - Considerații de teorie și sistem

  • Introducere în separarea mărimilor
  • Distribuții de monomeri, oligomeri, polimeri și greutate moleculară
  • Mediile greutății moleculare, Mn, Mw, Mz, Mz + 1

Configurarea unui sistem GPC:

  • Managementul solventului
  • Gestionarea probelor
  • Selectarea coloanei
  • Opțiuni detector
  • Manipularea datelor

Calibrarea sistemului GPC

  • Calibrare standard relativă și îngustă
  • Calibrare standard largă
  • Calibrare universală

Efectuarea unei analize GPC

  • Selecția solventului
  • Ghid de selecție a solventului pentru temperatura camerei. Polimeri organici solubili
  • Ghid de selecție a solventului pentru polimeri organici solubili la temperatură ridicată
  • Discutarea solvenților organici pentru GPC
  • Ghid de selecție a solventului pentru polimeri solubili în apă cu ambalaje pe coloană cu gel de metacrilat
  • Concentraţie
  • Pregătirea probei

Separări GPC/SEC - Considerații de teorie și sistem

Introducere în separarea dimensiunilor:

Cromatografia cu permeație pe gel (GPC), cunoscută și sub denumirea de cromatografie de excludere a mărimii (SEC) este într-adevăr cea mai ușor de înțeles dintre toate tehnicile cromatografice lichide. Separarea se bazează strict pe dimensiunea eșantionului în soluție și nu ar trebui să existe nicio interacțiune cu ambalajul coloanei (adsorbție, partiție etc.), așa cum aveți cu HPLC convențional. Modul de separare nu se bazează pe greutatea moleculară, ci pe dimensiunea materialului analizat (de obicei un polimer) în soluție. Cu alte cuvinte, pentru a face GPC corect, proba trebuie dizolvată într-un solvent adecvat.

Concentrația probei în soluție depinde de greutatea moleculară, dar o concentrație de 0,10% (greutate/volum) pentru un polimer cu greutate moleculară

100.000, este tipic. (Vedeți mai multe în secțiunea Sample Prep. De mai jos). Uneori, soluția probei trebuie încălzită pentru a dizolva proba. De exemplu, unele poliolefine au nevoie de temperaturi mai mari de 120 ° C pentru a se dizolva și sunt de obicei utilizate în 1,2,4 triclorobenzen la 140 ° C.

Odată ce proba a fost dizolvată în mod adecvat, aceasta este introdusă printr-un mecanism de injecție pe un set de coloane care acționează ca un sistem de filtrare moleculară. Coloanele sunt ambalate cu un gel reticulat (copolimer stiren/divinilbenzen pentru aplicații organice, de exemplu), care conține pori de suprafață. Acești pori pot varia de la mici la destul de mari și pot acționa ca filtrele moleculare menționate mai sus. Moleculele de dimensiuni mai mari nu se vor potrivi în porii mai mici. În schimb, moleculele mai mici se vor potrivi în majoritatea porilor și vor fi reținute mai mult timp.

waters

Moleculele mai mari vor elua mai întâi conform legii BOCOF (Big Ones Out Out First).

Una dintre primele demonstrații GPC efectuate de Waters cu zeci de ani în urmă a fost pe gumă de mestecat. Guma de mestecat este cu adevărat cauciuc sintetic, plus aditivi precum arome, stabilizatori etc.

Iată o reprezentare a cromatogramei GPC originale, separate pe mai multe coloane de diferite dimensiuni ale porilor conectate în serie. Polimerul (cauciucul în acest caz) eluează mai întâi, deoarece este cea mai mare moleculă, urmată de „aditivi” în ordinea descrescătoare a mărimii. La fel de bine ar putea fi o cromatogramă din PVC cu un amestec de plastifianți, antioxidanți și stabilizatori UV.


Distribuții de monomeri, oligomeri, polimeri și greutate moleculară

Monomerii au o singură greutate moleculară și se spune că sunt monodisperse. Exemple ar fi etilena, stirenul, clorura de vinil etc. După monomeri, avem dimeri, trimeri, tetrameri, pentameri etc., care se numesc oligomeri. Pe măsură ce ajungem la greutăți moleculare mai mari, grupul se numește polimeri. Polimerii au o distribuție a lungimilor lanțului și, prin urmare, a greutăților moleculare. În funcție de modul în care s-a realizat polimerizarea, această distribuție poate fi îngustă sau destul de largă. De exemplu, un polimer de condensare sau creștere în trepte, cum ar fi un poliester (polietilenetereftalat), va avea o distribuție destul de restrânsă a greutăților moleculare. Pe de altă parte, o polimerizare cu radicali liberi poate produce un polimer cu o distribuție foarte largă a lungimilor lanțului și a greutăților moleculare, (cum ar fi pentru poliolefine). Controlul cineticii polimerizării este extrem de important în obținerea unei distribuții dorite a greutății moleculare. De aceea GPC este o tehnică atât de importantă pentru chimistul cu polimeri.

Aici arătăm o suprapunere a două distribuții ale greutății moleculare ale unui polimer (în acest caz polistiren):

Odată ce obținem distribuția greutății moleculare a probei de polimer, avem nevoie de o modalitate de a o cuantifica. Atribuim medii ale greutății moleculare în această distribuție, făcând statistici. Există o înălțime (Hi, reprezentată și ca concentrație, Ci) un timp de retenție și o greutate moleculară, (Mi), atribuită fiecărei felii. Greutatea moleculară este obținută dintr-o curbă de calibrare (a se vedea secțiunea următoare). Apoi vom efectua o însumare pentru a obține diferitele medii ale greutății moleculare care descriu distribuția greutății moleculare a polimerului. PD afișat este raportul dintre greutatea moleculară medie și numărul de greutăți moleculare și se numește polidispersitate sau, uneori, pur și simplu dispersia polimerului. Această însumare este doar o modalitate simplă de a obține aceste patru momente statistice ale greutății moleculare și de a descrie distribuția greutății moleculare.

Există alte tehnici pentru a obține aceste medii ale greutății moleculare:

  • Media numărului, Mn, poate fi obținută prin osmometrie membranară sau analiză de grup final (titrare, RMN etc.)
  • Greutatea medie, Mw, poate fi obținută prin împrăștierea luminii
  • Media Z, Mz și Z + 1 Media, Mz + 1, pot fi obținute prin ultracentrifugare

Odată ce ne-am calibrat sistemul GPC, putem obține toate aceste medii cu o singură injecție.

Configurarea unui sistem GPC

Acum, că avem o înțelegere cu privire la mediile de greutate moleculară, suntem gata să punem împreună un sistem.

Sistemul (prezentat mai sus) constă dintr-o pompă, un injector de un fel, manual sau automat, setul de coloane, detectorul (detectoarele) și un fel de dispozitiv de manipulare a datelor. În plus, este o idee bună să utilizați un degazor, în special atunci când utilizați THF cu un detector cu indice de refracție. Coloanele sunt aproape întotdeauna încălzite la o temperatură ridicată, chiar și pentru aplicații solubile la temperatura camerei pentru a asigura căderea de presiune scăzută și vâscozitele uniforme. Vom discuta acum sistemul mai detaliat.


Managementul solventului

Pompele utilizate astăzi cu sistemele Waters GPC sunt dispozitive sofisticate de manipulare a fluidelor. În cazul utilizării sistemului fluidic în sistemul Alianței, acesta este într-adevăr un manager de solvent. Cel mai important lucru de luat în considerare în alegerea unui modul fluidic pentru analiza GPC este precizia fluxului. Calibrarea sistemului este un grafic de timp de retenție (sau volum) vs. jurnalul greutății moleculare. Orice fluctuație minoră a debitului va duce la o eroare potențial mare în greutatea moleculară. Este în avantajul dvs. să utilizați cel mai precis dispozitiv de manipulare a fluidelor pe care îl puteți. Acest lucru va îmbunătăți precizia măsurătorilor medii ale greutății moleculare imens față de unele dintre pompele tradiționale de precizie cu debit redus care sunt încă utilizate. Cu gestionarul de solvenți care este utilizat cu sistemul Alliance, precizia debitului este remarcabil sub 0,075% fără nicio corecție a debitului! Unele pompe de pe piață solicită o precizie similară a debitului, dar cu corecție a debitului software. Aveți grijă la pompele de pe piață care conțin o specificație de 0,3% (și mai rău) dacă puneți împreună un sistem GPC.