UPC2/MS for Characterization of Complex Oligomeric Materials

Význam tématu

Pokročilá charakterizace oligomerů je zásadní pro pochopení struktury a vlastností polymerů, což má dopad na vývoj materiálů v průmyslu, farmaceutickém a ekologickém sektoru. UPC²/MS kombinuje rychlost a vysokou účinnost konvergence chromatografie se selektivitou a identifikací pomocí hmotnostní spektrometrie, a umožňuje detailní profilaci termolabilních a vysoce molekulárních polymerů.

Cíle a přehled studie

• Ověřit schopnosti ACQUITY UPC² v separaci a analýze lineárních a kondenzovaných oligomerů (PS, PMMA, PBAA, PGEF).
• Zhodnotit rozsah molekulové hmotnosti a rozlišení isomerů.
• Demonstrace aplikace MS k detekci nečistot a degradovaných produktů.

Použitá metodika

• Příprava vzorků: Polymerní vzorky (PS, PMMA, PBAA, PGEF) rozpuštěny v THF (10 mg/mL).
• UPC² podmínky: Mobilní fáze CO₂ s organickým modifikátorem (0,3 % amonného hydroxidu v methanolu). Teplota kolony 60 °C, tlak 2000–2800 psi, průtok 1,7–2,0 mL/min.
• Gradient: Různé programy modifikátoru (5–45 % B) optimalizované pro molekulové hmotnosti 1000–4250 Da.

Použitá instrumentace

• LC systém: Waters ACQUITY UPC² se sekvenčními detektory PDA a ACQUITY SQD MS (ESI ±).
• Kolony: ACQUITY UPLC HSS Cyano 1,8 µm 3 × 100 mm; BEH 1,7 µm 3 × 100 mm; BEH 2-EP 1,7 µm 3 × 100 mm.
• Software: Empower 3 CDS.

Hlavní výsledky a diskuse

• PS: Úplné rozlišení oligomerů až do MW ~1300 Da (<2,5 min). Vyšší MW (2500 Da) částečně separovány.
• PMMA: Separace až do 4250 Da vyžadovala delší gradient (~15 min) a vyšší podíl modifikátoru.
• PBAA: Identifikován nevyreagovaný bisfenol A (m/z 227) pomocí MS a potvrzen shodou retenčního času se standardem.
• PGEF: Rozlišení až sedmi trimerů a šesti dimerů; detekovány nízkomolekulární degradáty (m/z 404, 402) neviditelné UV detekcí.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a vysoce účinná separace oligomerů se zkrácenými časy analýz oproti LC.
• Snížení spotřeby toxických organických rozpouštědel.
• Možnost sledovat průběh polymerací a detekovat nevyužité monomery či degradační produkty.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s dalšími detekčními technikami (NMR) pro strukturální identifikaci separovaných izomerů.
• Rozšíření aplikace na biopolymerní materiály a kompozity.
• Vývoj nových stacionárních fází pro vyšší selektivitu isomerů a nanomateriálů.

Závěr

UPC²/MS se osvědčila jako všestranná technika pro charakterizaci komplexních oligomerických materiálů, umožňující detailní separaci i ve vysokém molekulárním rozsahu a odhalení vedlejších produktů. Díky kombinaci superkritické CO₂ a MS detekce nabízí vysoce efektivní a informativní analytický nástroj pro výzkum i kontrolu kvality polymerů.

Reference

1. Ibanez E., Senorans F.J. Tuning of mobile and stationary phase polarity for the separation of polar compounds by SFC. J Biochem Biophys Methods. 2000;43:25-43.
2. Hoffman B.J., Taylor L.T., Rumbelow S., Goff L., Pinkston J.D. Separation of derivatized alcohol ethoxylates and propoxylates by low temperature packed column supercritical fluid chromatography using ultraviolet absorbance detection. J Chromatogr A. 2004;1034:207-212.
3. Hanton S.D. Mass Spectrometry of Polymers and Polymer Surfaces. Chem Rev. 2001;101:527-569.
4. Takahashi K. Polymer analysis by supercritical fluid chromatography. J Bioscience Bioeng. 2013;available online.