Size exclusion chromatography of polylactic acid in three different solvents

Význam tématu

Polylaktid (PLA) představuje perspektivní biologicky odbouratelný plast vyrobený z obnovitelných zdrojů. Jeho makroskopické vlastnosti, jako jsou tepelná odolnost, tvrdost a pružnost, úzce souvisejí s molekulovou hmotností a polydisperzitou. Přesné stanovení těchto parametrů je klíčové pro kontrolu kvality a cílený vývoj PLA materiálů v potravinářství, medicíně či 3D tisku.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit možnost stanovení molární hmotnosti (Mn) a polydisperzity PLA vzorků pomocí GPC na systému KNAUER HPLC ve třech různých rozpouštědlech (THF, CHCl₃, EtOAc). Pro vyhodnocení byly použity dvě kalibrace – polystyrenová (PS) a polymethylmethakrylátová (PMMA) – a porovnány výsledky pro standardy o různých Mn a reálné vzorky: 3D tiskové filamenty a jednorázová PLA lahvička.

Použitá instrumentace

• HPLC systém KNAUER – pumpa AZURA P 6.1L HPG, autosampler AZURA AS 6.1L, detektory AZURA RID 2.1L a DAD 2.1L, termostat AZURA CT 2.1
• Kolony AppliChrom StyDiViBe (pre-column a column) pro THF, CHCl₃ a EtOAc, délka 300×8 mm, síťování 1,5 MDa
• Software ClarityChrom 8.2.3 s rozšířením SEC/GPC

Použitá metodika

Pro kalibraci PS a PMMA byly připraveny standardní roztoky (PS 580 Da–6 570 kDa, PMMA 800 Da–2 200 kDa). Vzorky PLA (1 mg/ml pro standardy, 3 mg/ml pro reálné vzorky) se ve zvoleném rozpouštědle rozpouštěly přes noc, přidával se butylovaný hydroxytoluen (1,5 mg/ml) jako marker. Analýza probíhala izokraticky při 1 ml/min, teplota 25 °C, objem injekce 20 µl, detekce RID a DAD (245 a 280 nm). Vyhodnocení využilo univerzální kalibraci s Mark–Houwinkovými konstantami pro PLA.

Hlavní výsledky a diskuse

PS a PMMA kalibrace poskytly srovnatelné výsledky v THF a CHCl₃, odchylky Mn na úrovni 5–15 %. V EtOAc však PS kalibrace vykazovala systematické podhodnocení až −150 % pro nízkomolekulární standardy, což ukazuje na interakci PS s fází kolony. PMMA kalibrace v EtOAc byla přesnější (odchylky do ±11 %). Analýza filamentů a lahviček prokázala, že lze rychle identifikovat čistotu PLA a přítomnost dalších polymerů pomocí RID a UV signálů.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a reprodukovatelná stanovení Mn, Mw a PD reálných PLA vzorků
• Možnost volby ekologičtějšího rozpouštědla EtOAc při použití vhodné kalibrace (PMMA)
• Doplňková detekce UV umožňuje odhalit příměsi či polymerní směsi

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření univerzální kalibrace pro další biopolymerní systémy a integrace detekce MALS nebo viscometrie pro přesnější stanovení rozvětvení a konformace. Využití zelených rozpouštědel a rychlých kol umožní vysokopropustnou analýzu v kvalitě QA/QC pro potravinářský, farmaceutický i 3D tiskový průmysl.

Závěr

Studie potvrdila, že analýza nízkomolekulárního PLA pomocí KNAUER HPLC-GPC je možná ve třech běžných rozpouštědlech. Pro EtOAc je však spolehlivější PMMA kalibrace. Dodatečná UV detekce poskytuje cenné informace o složení vzorku. Navržená metoda nabízí rychlou a ekologicky šetrnou alternativu pro kontrolu kvality PLA.

Reference

• Singhvi M. S.; Zinjarde S. S.; Gokhale D. V. Journal of Applied Microbiology 2019, 127, 1612–1626.
• Fraunhofer IAP. Recyclingfähiger, faserverstärkter Werkstoff aus 100 % biobasierter Polymilchsäure. Pressemitteilung, 2021.
• Köhn R.; Pan Z.; Sun J.; Liang C. Catalysis Communications 2003, 4 (1), 33–37.
• Xu K.; Kozluca A.; Denkbas E. B.; Piskin E. Journal of Applied Polymer Science 1996, 59 (3), 561–563.
• Dorgan J. R.; Janzen J.; Knauss D. M.; Hait S. B.; Limoges B. R.; Hutchinson M. H. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2005, 43, 3100–3111.
• Mori S. International Journal of Polymer Analysis and Characterization 1998, 4 (6), 531–546.