GPC/SEC Detection

Význam tématu

Charakterizace makromolekul pomocí GPC/SEC je základem průmyslové i akademické analytické chemie. Kvalitní detekce zajišťuje přesné stanovení molární hmotnosti, distribuce hmotností a konformačních parametrů polymerů, biopolymerů i proteinů. Moderní multidetektorové systémy kombinují více principů měření pro komplexní popis materiálů.

Cíle a přehled článku

Cílem textu je představit hlavní typy detektorů používaných v GPC/SEC, jejich principy, výhody i omezení a ukázat, jak je kombinovat pro získání co nejbohatších informací o vzorcích. Článek shrnuje detekci pomocí refraktometrie, ELSD, viskometrie, statického laserového rozptylu i hyphenaci s hmotnostní spektrometrií.

Použitá metodika a instrumentace

Popis hlavních detekčních technik:

• Refrakční index (RI): univerzální detektor, citlivý na změny refrakce, lineární odpověď v isokratickém módu.
• Evaporativní světelný rozptyl (ELSD): detekce nerozpustných částic po odpaření mobilní fáze, vhodné pro gradientní eluce.
• Viscometrie: čtyřkapilární můstkový princip k měření rozdílu tlaku, získání specifické a intrinsické viskozity, konformačních parametrů.
• Laserový rozptyl – RALS, LALS, MALS: výpočet absolutní molární hmotnosti a poloměru gyrace dle více úhlů.
• GPC/SEC–ESI–MS: online hyphenace pro detailní analýzu nízkomolekulárních frakcí, získání hmotnostních spekter každé eluce.

Konstrukční zásady:

• Pořadí detektorů – nejmenší objem prvních (UV, DAD, FLD), tlakové limity (RI, viscometrie) až za robustnějšími detektory.
• Optimalizace interdetektorového zpoždění pomocí monodisperzních standardů a Mark–Houwinkovy analýzy.

Hlavní výsledky a diskuse

Komparace signálů ukazuje: signál RI je závislý na dn/dc, ELSD vykazuje logaritmickou závislost, viscometrie reaguje na hustotu makromolekul, LS na molární hmotnost a velikost.

• RI detektor: citlivost ovlivněna teplotou, kvalitou mobilní fáze a systémovými píkami.
• ELSD: vyšší citlivost než RI, možnost gradientní eluce, nutnost těkavých modifikátorů.
• Viscometrie: detailní pohled na architekturu řetězce, Mark–Houwinkova expozice α pro detekci větvení.
• MALS vs. RALS/LALS: MALS nejširší rozsah molárních hmotností, extrapolace na úhel 0°, RALS účinné pro nižší hmotnosti, LALS náročný na čistotu.
• GPC/SEC–MS: přesná distribuce nízkomolekulárních oligomerů, extrahované iontové chromatogramy pro jednotlivé série oligomerů.

Přínosy a praktické využití metody

Zkombinované detekční techniky poskytují:

• Absolutní molární hmotnosti bez tzv. kalibrace na standardy.
• Detailní informace o větvení, architektuře a velikosti polymerů.
• Možnost detekce i analytiky polárních polyelektrolytů a biomakromolekul.
• Vysokou citlivost pro sledování stopových látek a nízkomolekulárních frakcí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj hyphenace GPC/SEC s pokročilými MS technikami (QTOF, Orbitrap) a s NMR či FTIR vytváří nové možnosti pro studium modifikací makromolekul, biodegradace a interakcí s kompozity. Dvourozměrné chromatografické přístupy (2D-IPC-GPC/SEC) rozšíří schopnosti separace polydisperzních i blokových kopolymerů.

Závěr

Komplexní konfigurace detektorů v GPC/SEC je klíčová pro spolehlivou a detailní charakterizaci moderních makromolekul. Správná volba a kombinace RI, ELSD, viscometrie, LS a MS umožňuje získat plnohodnotné molekulární a strukturní informace, které podporují vývoj nových materiálů, kontrolu kvality i základní vědecký výzkum.

Reference

1. Kilz P., Pasch H. Coupled Liquid Chromatographic Techniques in Molecular Characterization; John Wiley & Sons, 2000.
2. Striegel A. et al. Modern Size-Exclusion Liquid Chromatography, 2nd ed.; John Wiley & Sons Ltd, 2009.
3. Jackson C., Barth H.G. Concerns Regarding the Practice of Multiple Detector Size-Exclusion Chromatography; Adv. Chem. 1995, 247.
4. Held D., Radke W. Inter-Detector Delay, LC/GC The Column 2017(8).
5. Jackson C., Yau W.W. Computer Simulation Study of Size-Exclusion Chromatography with Simultaneous Viscometry and Light Scattering Measurements; J. Chromatogr. A 1993, 645, 209.
6. Netopilik M. Influence of Peak-Broadening and Interdetector Volume Error on SEC-Viscometry; J. Chromatogr. A 2001, 915, 15.
7. Gruendling T., Guilhaus M., Barner-Kowollik C. Quantitative LC–MS of Polymers: Determining Accurate Molecular Weight Distributions; Anal. Chem. 2008, 80, 6915.
8. Berry G.C., Cotts P.M. Static and dynamic light scattering; Wiley & Sons Ltd., 1998.
9. Pasch H., Trathnigg B. Two-Dimensional Liquid Chromatography in Polymer HPLC; Springer, 2013.