Determining molecular weights for P(D,L)LA in THF – an internal validation

Význam tématu

Biologicky odbouratelné polymery, jako poly(laktid) (PLA), přitahují pozornost díky udržitelnosti a alternativě k petrochemickým plastům. Měřitelné vlastnosti, zejména hmotnostní rozdělení (Mn, Mw a polydisperzita PD), ovlivňují mechanické a fyzikálně-chemické vlastnosti PLA. Vysoce přesná a robustní metoda stanovení těchto parametrů je klíčová pro kontrolu kvality, výzkum a průmyslovou aplikaci PLA.

Cíle a přehled studie

Cílem interní laboratorní validace bylo optimalizovat a vyhodnotit metodiku gelové permeační chromatografie (GPC) pro nízkomolekulární P(D,L)LA v THF s použitím univerzální kalibrace (UC) založené na Mark–Houwinkově vztahu. Pro srovnání byla zkoumána konvenční kalibrace (CC) vůči referenčním hodnotám získaným 1H-NMR.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnovala:

• Příprava vzorků: Rozpuštění PLA (20 mg) a PS standardů (1,5 mg/ml) v THF s přidáním butylované hydroxytoluenu (BHT) jako průtokového markeru.
• GPC analýza: Isokratická eluční fáze THF, průtok 1 ml/min, teplota kolony 25 °C, objem injekce 20 µl.
• Kalibrace: EasiCal PS standardy (580 Da až 6 570 kDa) pro univerzální kalibraci s Mark–Houwinkovými parametry pro PS a PLA.

Použitá instrumentace:

• Vysokotlaké čerpadlo AZURA P6.1L HPG
• Autosampler AZURA AS 6.1L
• Refrakční detektor AZURA RID 2.1L
• Termostat AZURA CT 2.1
• Předkolona AppliChrom ABOA StyDiViBe (50×8 mm)
• GPC kolona AppliChrom StyDiViBe (300×8 mm)
• Software ClarityChrom 8.2.3 s rozšířením pro GPC/SEC

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrace: 14bodová univerzální kalibrace s pátým stupněm fit funkce (R2=0,9999).
• Přesnost: UC odchylka od 1H-NMR hodnot: +3 % (Mn) a +1 % (Mw), CC: +44 % a +41 %.
• Opakovatelnost: RSD 0,43 % (Mn) a 0,19 % (Mw).
• Mezidenní přesnost: RSD 0,59 % (Mn) a 0,54 % (Mw) při přípravě vzorku třikrát.
• Robustnost: Metoda stabilní vůči změnám teploty (±2 °C), průtoku (±0,2 ml/min), objemu injekce (10–30 µl) a koncentrace (0,3–3 mg/ml), s RSD < 1 %.

Přínosy a praktické využití metody

Robustní GPC metodika s univerzální kalibrací umožňuje přesné stanovení molárních hmotnostních parametrů nízkomolekulárního PLA v THF. Využití flow markeru BHT zajišťuje kompenzaci fluktuací průtoku, což je zásadní pro opakovatelné měření. Metoda vyhovuje normě ISO 13885-1 a je vhodná pro výzkumné i průmyslové QA/QC aplikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace detekce pomocí multiúhlové laserové difrakce pro získání absolutních molárních hmotností.
• Rozšíření aplikace na biologicky rozložitelné kopolymery a směsi.
• Automatizace přípravy vzorků a zpracování dat pro vysokokapacitní analýzy.
• Využití alternativních zelených rozpouštědel jako náhrady THF.

Závěr

Interní validace prokázala, že GPC s univerzální kalibrací poskytuje přesná a spolehlivá data o molárních hmotnostech PLA v THF. Metoda je reprodukovatelná, robustní a splňuje mezinárodní normy, což ji činí vhodnou pro kontrolu kvality a výzkum v oblasti biologicky odbouratelných polymerů.

Reference

1. [1] Statista: Světová produkce plastů, 2019.
2. [2] Benoit F. et al.: Journal of Polymer Science B, 1967, 5, 753.
3. [3] Mori S.: Int. J. Polymer Analysis and Characterization, 1998, 4(6), 531–546.
4. [4] ISO 13885-1, 2020: Gel permeation chromatography (GPC) – THF jako eluent.
5. [5] Brandrup J., Immergut E.H.: Polymer Handbook, 3. vydání, Wiley, 1989.
6. [6] Dorgan J. et al.: J. Polym. Sci. B Polym. Phys., 2005, 43, 3100–3111.
7. [7] Bruessau R.: Macromol. Symp., 1996, 110, 15–32.
8. [8] ISO 16014-1, 2013: Plastics – Metody stanovení molární hmotnosti GPC, část 1.