Using High Speed/High Resolution Size Exclusion Chromatography Separation of Polymeric Materials with Dynamic and Multi-Angle Light Scattering Detection

Význam tématu

Polymerní materiály jsou klíčové v mnoha odvětvích od obalových fólií až po biokompatibilní lékové nosiče. Pro optimalizaci jejich vlastností je nezbytná detailní charakterizace molekulové hmotnosti a velikosti. Vysokorychlostní a vysoce rozlišovací velikostně vylučovací chromatografie (SEC) doplněná detekcí založenou na rozptylu světla umožňuje přesné a rychlé stanovení těchto parametrů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo předvést hyphenaci systému Waters ACQUITY APC (Advanced Polymer Chromatography) se systémy Wyatt µDAWN MALS/QELS a Optilab UT-rEX pro simultánní stanovení absolutní molekulové hmotnosti a hydrodynamického poloměru polymerů a proteinů. Studie demonstruje výkon na standardních směsích polystyrenu (PS) a bílkovinných standardech (BSA a směs proteinů).

Použitá metodika a instrumentace

Pro organickou SEC byla jako mobilní fáze použita THF při průtoku 0,7 mL/min a teplotě 40 °C. Kolony APC XT o velikostech pórů 45–450 Å byly zapojeny v sérii. Aqueous SEC probíhala v pufru s 150 mM NaCl/20 mM fosfát pH 6,5 při 0,6 mL/min a 25 °C na kolóně BEH SEC Protein 200 Å. Detekce:

• Wyatt µDAWN – multiúhlový a quasielastický rozptyl
• Optilab UT-rEX – refraktometrická detekce

Propojení systémů využívalo kapiláry 0,007" ID z nerezové oceli a software Waters Empower 3 a Wyatt ASTRA pro řízení a zpracování dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza směsi čtyř PS standardů ukázala vysoké rozlišení v RI signálu jak na systému APC, tak na Optilab refraktometru. MALS/QELS detekce pro 200 kDa PS stanovila hydrodynamický poloměr a absolutní molekulovou hmotnost s nízkou disperzí. U BSA byla potvrzena separace monomeru, dimeru a trimeru a jejich hydrodynamické poloměry. Směs proteinů prokázala flexibilitu metody v organickém i vodném módu. Non-lineární průběhy molárních hmotnostních distribucí odhalily případy mírné heterogenity či nedostatečného rozlišení sousedních píků.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Rychlou a vysoce rozlišovací separaci polymerů i proteinů
• Simultánní stanovení absolutní molekulové hmotnosti a hydrodynamického poloměru
• Minimální chromatografickou disperzi při připojení nízkodisperzních detektorů
• Možnost aplikace v průmyslové kontrole kvality, vývoji nových materiálů i biotechnologiích

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace detekce s hmotnostní spektrometrií, rozšíření dvojrozměrných chromatografických metod a vývoj menších a citlivějších detektorů. Kombinace SEC-MALS/QELS s novými hyphenovanými technologiemi přispěje k předvídání fyzikálně-chemického chování komplexních systémů.

Závěr

Hyphenace vysokorychlostního a vysoce rozlišovacího SEC systému APC s multiúhlovým a quasielastickým detektorem poskytuje důkladnou charakterizaci polymerů i proteinů v jediném experimentu. Takové řešení zvyšuje přesnost stanovení molekulových vlastností a rozšiřuje analytické možnosti v akademickém i průmyslovém prostředí.

Reference

1. Xian J., Polymers for Personal Care Products and Cosmetics, RSC Cambridge, 2016.
2. Srivastava A. et al., Polymers in Drug Delivery, J. Biosci. Med. 4 (2016) 69–84.
3. Montaudo M.S. et al., Application of SEC MALDI-TOF to Polymers, Rapid Commun. Mass Spectrom. 12 (1998) 519–528.
4. Provider T., Urban M.W., Barth H.G., Hyphenated Techniques in Polymer Characterization, ACS Washington, 1994.
5. Waters Corp., ACQUITY Advanced Polymer Chromatography System, 2016.
6. Kenrick S., Berges A., Absolute Molar Mass in UHPLC via µDAWN and UT-rEX, Wyatt Tech, 2016.
7. Waters Corp., ACQUITY APC Columns: Increased Speed and Resolution, 2016.
8. Wyatt Tech, Online MALS-QELS, 2016.
9. Symposium on GPC/SEC and Related Topics, Amsterdam, 2016.
10. Van Krevelen D.W., Te Nijehuis K., Properties of Polymers, Elsevier, 2009.
11. Pan S. et al., Viscosity Radius of Polymers in Dilute Solutions, Macromolecules 47 (2014) 7548–7560.
12. Slotboom D.J. et al., Static Light Scattering to Characterize Membrane Proteins, Methods 46 (2008) 73–82.