Comparison of Polymer Separation by Size Exclusion Chromatography and Asymmetric Flow Field Flow Fractionation

Význam tématu

Charakterizace molární hmotnosti, distribuce a konformace polymerů je zásadní pro vývoj a výrobu plastů, nátěrových hmot i biopolymérů. Robustní analytické metody umožňují optimalizaci výrobních procesů, zajištění kvality a předpověď vlastností konečného materiálu.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřuje na kvantitativní porovnání chromatografie vyměňující velikost (SEC/GPC) a asymetrické mikrodělící frakcionace (AF4) s multiúhlovou rozptylovou detekcí světla (MALS) bez kalibrace polymerními standardy. Zahrnuje testy úzkých i širokých, lineárních i větvených polymerů, včetně standardních polystyrenů, PMMA, polykarbonátů a akrylových emulsních kopolymerů.

Použitá metodika a instrumentace

Oddělování probíhalo v prostředí THF se stejnoměrnou injekcí vzorků (0,2–0,5 %). AF4 pracovala s gradientním průtokem přes regenerovatelnou celulózovou membránu (5 kDa), SEC využila plnicí kolony PLgel Mixed-C/B (300 × 7,5 mm). Detekce probíhala pomocí MALS a detektoru indexu lomu. Použitá instrumentace:

• Eclipse AF4 (Wyatt Technology)
• HELEOS MALS detektor (Wyatt Technology)
• Optilab T-rEX detektor indexu lomu (Wyatt Technology)
• ASTRA 6 software (Wyatt Technology)
• Agilent 1100 pumpa
• Waters 717 autosampler
• 2 × PLgel Mixed-C/Mixed-B kolony (300 × 7,5 mm)

Hlavní výsledky a diskuse

• Úzké standardy: SEC poskytuje ostřejší píky, AF4 nabízí větší selektivitu v retenčních časech.
• Molární hmotnosti: AF4 vykazuje vyšší Mn u lineárních a nižší Mn u větvených polymerů, vyšší Mw a Mz díky menšímu mechanickému namáhání.
• Obnova hmoty: srovnatelná s SEC, blízko 100 % u vzorků bez oligomerů, klesá s rostoucím podílem oligomerů.
• Distribuce: AF4 zachycuje širší rozsah molárních hmotností bez interferencí stacionární fáze.
• Konformace: rozlišení větvících a kompaktních struktur prostřednictvím závislosti RMS poloměru na molární hmotnosti.
• Interakce a degradace: AF4 eliminuje kotvení do pórů a snižuje mechanické namáhání u ultravysokomolekulárních vzorků a nanočástic.

Přínosy a praktické využití metody

AF4-MALS je ideální pro charakterizaci ultravysoce molekulárních, větvených polymerů, nanogelů a částic, které v SEC interagují se stacionární fází. Umožňuje nižší tlak, eliminuje potřebu optimalizace kolony a lze jej provozovat na stávajícím chromatografickém vybavení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření AF4 v kombinaci s online LC-NMR, LC-MS, dynamickým sledováním polymerizací v reálném čase, využití pokročilých vícedetektorových konfigurací a nasazení strojového učení pro analýzu složitých polymerních dat.

Závěr

AF4-MALS se ukazuje jako hodnotná alternativa k SEC-MALS, zejména pro polydisperzní, větvené a ultravysokomolekulární vzorky. Díky absenci stacionární fáze, nižšímu tlaku a jednoduchosti provozu nabízí rozšířené analytické možnosti a srovnatelnou či vyšší přesnost.

Reference