Az adszorpciós és a gélpermeációs kromatográfia közötti különbség. Gélkromatográfia mint módszer a molekulatömeg meghatározására. A GPC alaprendszerei
5. Gélkromatográfia
A gélszűrés (a gélkromatográfiás szinonimája) különböző molekulatömegű anyagok keverékének elválasztására szolgáló eljárás különböző úgynevezett celluláris géleken történő szűréssel.
Az állófázis a gélkromatográfiában a gél pórusaiban elhelyezkedő oldószer, a mozgófázis pedig maga az oldószer, azaz mind a mozgó, mind az állófázis ugyanabból az anyagból vagy azonos anyagkeverékből áll. A gélt például dextrán, poliakrilamid vagy más természetes és szintetikus vegyületek alapján állítják elő.
Más kromatográfiás módszerekkel ellentétben, amelyek az elválasztandó anyagok kémiai tulajdonságaiban az álló- és a mozgófázis közötti eloszlás során megnyilvánuló különbségeket alkalmaznak, az elválasztás a szitahatáson alapul, amely a bizonyos pórussugarú gélekre jellemző. Az oldószer (mozgófázis) kitölti mind a gélszemcsék közötti külső térfogatot, mind a pórusok belső térfogatát. A gélszemcsék közötti oldószer térfogatát - V m köztes, transzport vagy holttérfogatnak nevezzük, a pórusok belső térfogatát - V p pedig az állófázis tárgyának tekintjük. Ha többféle, különböző méretű iont vagy molekulát tartalmazó mintát juttatunk az oszlopba, ezek hajlamosak behatolni a mozgófázisból a pórusokba. Ez a behatolás az entrópiaeloszlásnak köszönhető, mivel a külső oldatban a szétválasztandó anyagok molekuláinak koncentrációja magasabb, mint a pórustérben. De ez csak akkor válik lehetségessé, ha az ionok vagy molekulák mérete kisebb, mint a pórusok átmérője.
5. ábra A kalibrációs görbe általános képe gélkromatográfiában:
1 – kizárási régió, ahol minden molekula mérete nagyobb, mint m2;
2 – behatolási vagy elválasztási régió, ahol a molekulák mérete az m 1 és m 2 közötti tartományba esik;
3 - régió, ahol az m 1 -nél kisebb méretű molekulák teljes behatolása következik be.
A gélkromatográfia során a nagy molekulák, amelyeket a gél nem szorbeál, mivel méretük meghaladja a pórusméretet, elválaszthatók a pórusokon áthatoló kis molekuláktól, majd eluálhatók. Finomabb elválasztást is végeznek, mivel a pórusméretek beállíthatók például az oldószer összetételének megváltoztatásával, és ennek következtében a gél duzzadásával. A gélkromatográfia elvégezhető oszlopos és vékonyréteges változatban is.
A gyakorlatban használt géleket általában lágyra, félmerevre és keményre osztják. A lágy gélek nagy molekulatömegű szerves vegyületek kis számú keresztkötéssel. A kapacitástényezőjük, amely megegyezik a gélen belüli oldószer térfogatának a gélen kívüli térfogatához viszonyított arányával, 3. Duzzadáskor jelentősen megnövelik saját térfogatukat. Ezek a sephadex vagy dextrán gélek, agar gélek, keményítő stb. Kis molekulatömegű anyagok keverékeinek szétválasztására szolgálnak, gyakran vékonyrétegű változatban. A lágy gélen végzett kromatográfiát gélszűrésnek nevezik.
A félmerev géleket polimerizációval állítják elő. Széles körben elterjedtek a sztirolgélek, a sztirol és divinil-benzol kopolimerizációjának termékei nagyszámú keresztkötéssel. A félmerev gélek kapacitástényezője 0,8...1,2 tartományba esik, térfogatuk duzzadáskor nem nagyon nő (1,2...1,8-szoros). A félmerev gélen végzett kromatográfiát gélpermeációs kromatográfiának nevezik.
A kemény gélek közé tartoznak a szilikagélek és gyakran porózus üvegek, bár ezek nem gélek. A kemény gélek kis kapacitástényezővel (0,8...1,1) és fix pórusmérettel rendelkeznek. Ezeket az anyagokat nagynyomású gélkromatográfiában használják.
A gélkromatográfiás oldószereknek fel kell oldaniuk a keverék összes komponensét, nedvesíteniük kell a gél felületét, és nem szabad adszorbeálódniuk rajta.
A gélkromatográfia gyakorlati alkalmazása elsősorban nagy molekulatömegű vegyületek keverékének elválasztásával kapcsolatos, bár gyakran használják kis molekulatömegű vegyületek elválasztására, mivel az ezzel a módszerrel történő elválasztás szobahőmérsékleten lehetséges.
6. Nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC)
A nagy teljesítményű folyadékkromatográfia a leghatékonyabb módszer összetett szerves minták elemzésére. A mintaelemzési folyamat 2 szakaszra oszlik:
· a minta felosztása alkotóelemekre;
· az egyes komponensek tartalmának kimutatása és mérése.
Az elválasztási problémát kromatográfiás oszlop segítségével oldják meg, amely egy szorbenssel töltött cső. Az analízis során egy bizonyos összetételű folyadékot (eluenst) állandó sebességgel vezetnek át egy kromatográfiás oszlopon. Egy pontosan kimért mintaadagot fecskendeznek ebbe az áramba.
A kromatográfiás oszlopba bevitt minta komponensei az oszlopszorbenshez való eltérő affinitásuk miatt eltérő sebességgel mozognak azon, és sorban, különböző időpontokban érik el a detektort.
Így a kromatográfiás oszlop felelős a komponensek elválasztásának szelektivitásáért és hatékonyságáért. Különböző típusú oszlopok kiválasztásával szabályozhatja az elemzett anyagok elválasztásának mértékét. A vegyületeket retenciós idejük alapján azonosítjuk. Az egyes komponensek mennyiségi meghatározását a kromatográfiás oszlop kimenetéhez csatlakoztatott detektorral mért analitikai jel nagysága alapján számítják ki.
Alacsony MPC-vel rendelkező vegyületek (biogén aminok, poliaromás szénhidrogének, hormonok, toxinok) analízise során a valódi minták előkészítésének fáradságossága miatt különösen fontos jellemzővé válik a módszer érzékenysége és szelektivitása. A fluorimetriás detektor használata nemcsak a kimutatási határok csökkentését teszi lehetővé, hanem az elemzett anyagok szelektív izolálását is a mátrix és a minta kísérő komponenseinek hátterétől.
A HPLC-módszert egészségügyi és higiéniai kutatásokban, ökológiában, gyógyászatban, gyógyszeriparban, petrolkémiában, törvényszéki szakértőkben, minőségellenőrzésre és terméktanúsításra használják.
Eluens-ellátó egységként egy fecskendős „Python” pumpát használnak, amely a következő tulajdonságokkal rendelkezik:
· nyomás lüktetésének hiánya az oldószer adagolásakor;
· nagy térfogatáram-tartomány;
· nagy térfogatú szivattyúkamra;
· bővíthetőség (több blokk kombinálásának lehetősége gradiens rendszer létrehozásához).
Különféle típusú detektorok használhatók egy kromatográfiás rendszerben, például a „Fluorat-02-2M” (a spektrális kiválasztást szűrők végzik) vagy a „Fluorat-02 Panorama” (a spektrális szelekciót monokromátorok végzik).
7. Jelentkezés
A folyadékkromatográfia a kémia, a biológia, a biokémia, az orvostudomány és a biotechnológia legfontosabb fizikai és kémiai kutatási módszere. Aminosavak, peptidek, fehérjék, enzimek, vírusok, nukleotidok, nukleinsavak, szénhidrátok, lipidek, hormonok stb. elemzésére, elválasztására, tisztítására és izolálására használják; a kábítószer-anyagcsere folyamatok tanulmányozása élő szervezetekben; diagnosztika az orvostudományban; Vegyi és petrolkémiai szintézistermékek, intermedierek, színezékek, üzemanyagok, kenőanyagok, olajok, szennyvíz elemzése; az oldat szorpciós izotermáinak, a vegyszerek kinetikájának és szelektivitásának tanulmányozása. folyamatokat.
A makromolekuláris vegyületek kémiájában és a polimerek gyártásában folyadékkromatográfiát alkalmaznak a monomerek minőségének elemzésére, az oligomerek és polimerek molekulatömeg-eloszlásának és funkcionalitástípusonkénti eloszlásának vizsgálatára, ami a termékszabályozáshoz szükséges. A folyadékkromatográfiát az illatszeriparban, az élelmiszeriparban, a környezetszennyezés elemzésére és a törvényszéki tudományban is használják.
Következtetés
A huszadik század elejét a kromatográfiás elemzési módszer felfedezése fémjelezte, amely gazdagította és egyesítette a különböző tudományterületeket, amelyek nélkül elképzelhetetlen a 21. század tudományos fejlődése. A kromatográfiás módszerek, elsősorban a folyadékkromatográfia bevezetése az orvostudományba számos létfontosságú probléma megoldását tette lehetővé: a gyógyszerek tisztasági fokának és stabilitásának vizsgálata, az egyes hormonális gyógyszerek (pl. inzulin, interferon) preparatív izolálása, a hormonok mennyiségi meghatározása. neurotranszmitterek biológiai tárgyakban: adrenalin, noradrenalin. Ezen anyagok jelenléte egy élő szervezetben összefügg az emlékezés, a tanulás és a készségek elsajátításának képességével. A szteroidok, aminosavak, aminok és egyéb vegyületek HPLC módszerekkel történő azonosítása rendkívül fontosnak bizonyult egyes örökletes betegségek: szívinfarktus, cukorbetegség és különböző idegrendszeri betegségek diagnosztizálásában. A klinikai orvoslás egyik sürgős feladata az expressz diagnosztikában a biológiai objektum komponenseinek folyadékkromatográfiás módszerekkel végzett úgynevezett profilanalízise, amely lehetővé teszi, hogy ne az egyes csúcsokat azonosítsák, hanem a kromatogram profilokat hasonlítsák össze. következtetés a normalitásról vagy a patológiáról. Hatalmas mennyiségű információ feldolgozása csak számítógép segítségével történik (a módszert „mintafelismerési módszernek” nevezik).
Bibliográfia
1. Vasziljev V. P. Analitikai kémia, 2 könyv. Könyv 2 Fiziko-kémiai elemzési módszerek: Tankönyv. diákoknak vegyészmérnököt tanuló egyetemek. szakember. – 4. kiadás, sztereotípia. – M.: Túzok, 2004 – 384 p.
2. Moskvin L.N., Tsaritsyna L.G. Elválasztási és koncentrálási módszerek az analitikai kémiában. – L.: Kémia, 1991. – 256 p.
3. http://bibliofond.ru/view.aspx?id=43468
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Paper_chromatography
5. http://referats.qip.ru/referats/preview/93743/6
6. http://www.curemed.ru/medarticle/articles/12186.htm
7. http://www.lumex.ru/method.php?id=16
8. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1544.html
9. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/1110.html
Leírás
A német Polymer Standards Service (PSS) céggel, a gélpermeációs kromatográfiás (GPC) vagy más szóval méretkizárásos kromatográfiás (SEC) anyagok és berendezések egyik vezető gyártójával közösen átfogó megoldásokat kínálunk az átlagos molekulatömeg meghatározására. értékei a polimerek (természetes, szintetikus, biopolimerek), a molekulatömeg-eloszlás és az oldatban lévő polimer makromolekulák jellemzői. Ennél a módszernél az analit elválasztása nem az állófázissal való adszorpciós kölcsönhatások miatt következik be, hanem kizárólag a makromolekulák hidrodinamikai sugara szerint.
A molekulatömeg szerint elválasztott komponensek kimutatásához legalább egy koncentráció detektor (refraktometriás és spektrofotometriás, hagyományos HPLC, párolgási fényszórás detektor), valamint speciális detektorok polimer analízishez: viszkozimetrikus, detektor által lézeres fényszórás. Koncentrációdetektorokkal kombinálva ezek a detektorok lehetővé teszik az abszolút molekulatömeg, az oldatban lévő makromolekulák konformációjának, a forgási sugarának, a hidrodinamikai sugarának, az elágazás mértékének, a Mark-Kuhn-Houwink egyenlet állandóinak meghatározását, és virális együtthatók. Kalibrációs függőségek jelenlétében ez a rendszer lehetővé teszi, hogy egyetlen elemzésben (~15 perc) átfogó információt kapjunk a makromolekuláris objektumokról és azok viselkedéséről az oldatokban, míg e jellemzők hagyományos módszerekkel történő felmérése több napot vesz igénybe.
A mérési eredmények feldolgozásához speciális szoftverre van szükség. Rugalmas moduláris HPLC rendszereket kínálunk gélpermeációs kromatográfiához (GPC), beleértve a Prominence modulokat (szivattyúk, oszloptermosztát, automatikus mintavevők, refraktometriás detektor) és a Polymer Standards Service (PSS), a polimerek HPLC elemzésének tekintélyes szakértője speciális moduljait. . Az elemzési eredmények kiszámításához mind a szabványos LabSolution LC programba integrált Shimadzu GPC Option szoftver, mind a speciális detektorokat támogató PSS - WinGPC SW szoftvertermékek használhatók.
A hagyományosan használt kapillárisok és szerelvények (hexafluor-izopropanol, tetrahidrofurán) agresszív mozgófázisokkal való munkavégzéséhez lehetőség van a HPLC-rendszerek speciális gáztalanítóval, szivattyúkkal és automatikus mintavevővel való felszerelésére, amelyek összetevői ellenállnak ezeknek az oldószereknek.
A GPC alaprendszerei
Alapvető HPLC rendszer GPC-hez
A GPC alap HPLC-rendszere konfigurálható LC-20 Prominence egységekkel az egyik koncentrációdetektorral (spektrofotometriás/diódasoros SPD-20A/SPD-M20A UV-elnyelő polimerekhez, univerzális refraktometriás RID-20A és ELSD párolgási fényszórási detektor) -LT II). Ez a rendszer megfelelő standardok és kalibrációs függőségek jelenlétében lehetővé teszi a polimerek relatív molekulatömegének meghatározását, valamint az oldatban lévő makromolekulák hidrodinamikai méretének becslését.
| LC-20AD szivattyú | |
|---|---|
| Szivattyú típusa | Dupla párhuzamos mikrodugattyús mechanizmus |
| A dugattyúkamrák kapacitása | 10 µl |
| Eluens áramlási sebesség tartomány | 0,0001 - 10 ml/perc |
| Maximális nyomás | 40 MPa |
| Áramlás beállítási pontosság | 1% vagy 0,5 µl (amelyik jobb) |
| Fodrozódás | 0,1 MPa (vízhez 1,0 ml/perc és 7 MPa) |
| Üzemmód | állandó áramlás, állandó nyomás |
| A szivattyúk felszerelhetők egy kiegészítő berendezéssel a dugattyú automatikus öblítésére. A szivattyúk szivárgásérzékelővel vannak felszerelve. A szivattyúdugattyú anyaga ellenáll az agresszív közegeknek (zafír). | |
| RID-20A refraktometriás detektor | |
| Sugárforrás | Volfrámlámpa, üzemidő 20.000 óra |
| Törésmutató-tartomány (RIU) | 1,00 - 1,75 |
| Az optikai blokk hőszabályozása | 30 - 60°C az optikai rendszer dupla hőmérsékletszabályozásával |
| Üzemi áramlási tartomány | Széles felhasználási tartományban (analitikai módtól preparatív kromatográfiáig) a mérőcella cseréje nélkül használható: 0,0001-től 20 ml/percig analitikai üzemmódban; 150 ml/percig preparatív üzemmódban |
| Zaj | 2,5×10 -9 RIU |
| Sodródás | 1×7 -7 RIU/óra |
| Linearitási tartomány | 0,01-500×10 -6 elemző módban 1,0-5000×10 -6 előkészítő módban |
| Stream vonal kapcsoló | szolenoid szelep |
| Max. üzemi nyomás | 2 MPa (20 kgf/cm²) |
| Sejttérfogat | 9 µl |
| Nulla beállítás | optikai mérleg (optikai nulla); automatikus nullázás, nulla finomhangolása az alapvonal eltolásával |
| Oszlopos termosztát kényszerlevegővel STO-20A | |
| Szabályozott hőmérséklet-tartomány | szobahőmérséklet feletti 10°C-ról 85°C-ra |
| A hőmérséklet szabályozás pontossága | 0,1 C° |
| A termosztát belső térfogata | 220×365×95 mm (7,6 l) |
| A termosztát kapacitása | 6 oszlop; az oszlopokon kívül 2 db kézi befecskendező, gradiens keverő, két nagynyomású kapcsolószelep (6 vagy 7 portos), vezetőképesség cella beépíthető |
| Lehetőségek | lineáris hőmérséklet programozás; oszlopparaméterek változásainak követése és fájlba mentése, az elemzések száma, az áthaladt mobilfázis mennyisége (az opcionális CMD eszköz telepítésekor) |
| A működési paraméterek figyelése | oldószer szivárgás érzékelő; túlmelegedés elleni védelmi rendszer |
Fényszórás-érzékelő
SLD7100 MALLS többszögű szórásérzékelő (PSS)
Az SLD7100 MALLS Multi-Angle Scattering Detector (PSS) lehetővé teszi a statikus fényszórás egyidejű mérését hét szögben (35, 50, 75, 90, 105, 130, 145°), és meghatározza a molekulatömegek abszolút értékét, igaz molekulatömeg-eloszlási paraméterek, az oldatban lévő makromolekulák méretének és konformációjának becslése. Ez a detektor kiküszöböli a szabványok szükségességét, és további módosítások nélkül kapacitív műszerként is szolgálhat (HPLC rendszer nélkül).
Viszkoziméter detektor (PSS, Németország)
DVD1260 viszkozimetrikus detektor (PSS)
A DVD1260 viszkoziméter detektor (PSS), ha az LC-20 Prominence HPLC rendszer részeként használja, lehetővé teszi a átlagos molekulatömegek és molekulatömeg-eloszlási paraméterek, az univerzális kalibrációs módszerrel, nélkülözhetetlen az összetett és globuláris felépítésű makromolekulákhoz, valamint a belső viszkozitás, a Mark-Kuhn-Houwink egyenlet állandói, az elágazás mértéke, a virális együtthatók és a makromolekulák oldatban lévő konformációja, bizonyos modellek alapján tartalmazza a szoftver. A detektor egyedi mérőcellája egy négykaros aszimmetrikus kapillárishíd, amely a piacon kapható összes analógtól eltérően nem tartalmaz tartóoszlopokat - az összehasonlító áramkörbe speciális hígítótartály van beépítve, ami csökkenti az elemzési időt. legalább a felére, és elkerülje a negatív rendszercsúcsok megjelenését. A cellában a hőmérséklet fenntartásának hibája az kevesebb, mint 0,01 °C, amely a viszkozimetriás elemzés elsődleges kritikus tényezője.
| Táplálás | 110-260 V; 50/60 Hz; 100 VA |
|---|---|
| Nyomáskülönbség (DP) tartomány | -0,6 kPa - 10,0 kPa |
| Bemeneti nyomás (IP) tartomány | 0-150 kPa |
| A cella térfogatának mérése | 15 µl |
| Hígítás kompenzációs térfogat (tartály) | 70 ml |
| Nyírási sebesség (1,0 ml/perc) | < 2700 с -1 |
| Zajszint | 0,2 Pa, nyomáskülönbség jel, 5 °C |
| Analóg kimenet | 1,0 V / 10 kPa FSD nyomáskülönbség 1,0 V / 200 kPa FSD bemeneti nyomás |
| Az érzékelő teljes térfogata | Körülbelül 72 ml (tartállyal együtt) |
| Max. áramlási sebesség | 1,5 ml/perc |
| Hőmérséklet beállítási pontosság | ±0,5 °C |
| Hőmérséklet stabilitás | Nem rosszabb, mint 0,01 °C |
| Digitális interfész | RS-232C, USB, Ethernet |
| Adatátviteli sebesség (baud) | 1200 - 115200 |
| Digitális bemenetek | Öblítés, nullázás, befecskendezés, hiba |
| Digitális kimenetek | Befecskendezés, hiba |
| Súly | Körülbelül 4 kg |
| Méretek (Szé, Mé, Mé) | 160×175×640 mm |
kiegészítők
A GPC módban való munkavégzéshez és a kalibrációs kapcsolatok kiépítéséhez széles választékot kínálunk hangszórók gélekkel (stacionárius fázis) és sokféle kémiai természetű (poláris és nem poláris) eluenssel töltött GPC-hez, amelyek mind nagy molekulatömegű polimerek, mind oligomerek, valamint szabványos polimer tárgyak.
Oszlopok gélpermeációs kromatográfiához (GPC, SEC):
- bármely szerves eluenshez: PSS SDV, GRAM, PFG, POLEFIN (200 °C-ig);
- vizes eluensekhez: PSS SUPREMA, NOVEMA, MCX PROTEEMA;
- monodiszperz pórusméret-eloszlású vagy vegyes típusú oszlopok az abszolút lineáris kalibrálás érdekében;
- alacsony és magas MM értékek meghatározására;
- kész oszlopkészletek a kimutatható molekulatömegek tartományának bővítésére;
- szintetikus és biopolimerekhez;
- megoldások a mikro GPC-től a preparatív rendszerekig;
- oszlopok a gyors felosztáshoz.
Az oszlopok bármely tetszőleges eluensben szállíthatók.
A gélpermeációs kromatográfia (GPC, SEC) szabványai:
- egyedi szabványminták és kész szabványkészletek;
- szerves oldószerekben oldódik:
- polisztirol
- poli(α-metilsztirol)
- polimetil-metakrilát
- poli(n-butil-metakrilát)
- poli(terc-butil-metakrilát)
- polibutadién-1,4
- poliizoprén-1,4
- polietilén
- poli(2-vinilpiridin)
- polidimetil-sziloxán
- polietilén-tereftalát
- poliizobutilén
- polilaktid
- vizes rendszerekben oldható:
- dextrán
- pullulán
- hidroxi-etil-keményítő
- polietilénglikolok és polietilén-oxidok
- Polimetakrilsav Na-sója
- Poliakrilsav Na-sója
- poli(p-sztirolszulfonsav) Na-só
- Polivinil-alkohol
- fehérjék
- MALDI szabványok, készletek fényszórási detektorok (LSD) és viszkozimetria validálásához;
- deuterált polimerek;
- egyedi gyártású polimerek és szabványok.
Ennél a módszernél az analizálandó oldatot duzzadt szemcsés géllel töltött oszlopon vezetik át (álló fázis). A gélrészecskék nagy molekulatömegű vegyületből (HMC) állnak, amelynek hálózati szerkezete van (a rugalmas makromolekulák kémiai keresztkötésekkel térhálósodnak). Emiatt a duzzadt gél hálózatos szerkezetű, melynek csomópontjai között oldószer található.
A gél intersticiális terének sugárirányú eloszlása- a használt gél fő jellemzője; ez a polimer és az oldószer jellegétől, a rácsfrekvenciától és a hőmérséklettől függ.
Az anyagleválasztás hatása gélkromatográfia esetén abból adódik, hogy a moláris tömegben (hosszúságban) eltérő molekulák különböző mélységig képesek behatolni a gélszerkezetbe és különböző ideig maradni benne. Ezért az elúció során a nagy molekulák, amelyek nem tudnak mélyen behatolni a gélszemcsékbe, először hagyják el az oszlopot, és a legkisebbek kerülnek ki utoljára. Mintha molekulákat szitálnának át a gél intersticiális terén.
A kromatográfiát a következőképpen hajtjuk végre. A gélszemcséket üvegoszlopba helyezzük, oldószerben hagyjuk megduzzadni, majd az elemzett anyagkeveréket az oszlopba töltjük. A kis molekulák egyenletesen oszlanak el a szemcsék teljes térfogatában, míg a nagyobb molekulák, mivel nem tudnak behatolni, csak a granulátumot körülvevő oldószerrétegben (külső térfogat) maradnak. Ezután az oszlopot oldószer-eluálószerrel mossuk. Amint már említettük, a nagy molekulák nagyobb sebességgel mozognak az oszlopon, mint a kicsik, amelyek mozgását folyamatosan lassítja az állófázis szemcséibe mélyedő diffúzió. Ennek eredményeként a keverék komponensei moláris tömegük csökkenésének sorrendjében eluálódnak az oszlopról. Az oszlopot elhagyó eluensből mintákat (frakciókat) veszünk elemzés céljából. A kísérlet nagyban leegyszerűsödik, ha lehetséges az eluens folyamatos automatikus elemzése.
A kutatáshoz a gélt úgy kell megválasztani, hogy az affinitása a vizsgált anyagokhoz minimális legyen: ebben az esetben az anyagok molekuláik méretének megfelelően szabadon keveredhetnek az oszlopréteg mentén. A gélgranulátumoknak rendelkezniük kell optimális méretek: túl kicsi - hozzájárul a diffúziós egyensúly gyors megteremtéséhez, de az oszlop nagy hidraulikus ellenállását okozza. A nagyméretű granulátumok alkalmazása alacsony hidraulikus ellenállást biztosít, de gátolja a diffúziót, növelve a vizsgált anyagok felszabadulási idejét.
Ezenkívül a granulátumoknak bizonyos mechanikai szilárdsággal kell rendelkezniük, különben az oszlopban bekövetkező deformációjuk az eluálási sebesség csökkenéséhez vezet.
A gélkromatográfiára legszélesebb körben használt Sephadex(dextrán gél – nagy molekulatömegű poliszacharid), akkor keletkezik, amikor bizonyos baktériumokat szacharóz környezetben tenyésztenek. A Sephadex nyolc típusa kapható, amelyek duzzadtságuk mértékében különböznek egymástól, lúgoknak és gyenge savaknak ellenáll.
Tekintsünk egy konkrét példát a keményítő és glükóz keverékének Sephadexen történő elválasztására G- 25,2 cm 3 keményítő és glükóz vizes oldatát 87 g géllel töltött oszlopra helyezzük, és az elegyet nátrium-klorid oldattal eluáljuk. A szűrletfrakciókat összegyűjtöttük, és meghatároztuk keményítő- és glükóztartalmukat. A keményítőmolekulák gyakorlatilag nem hatoltak be a gélgranulátumok belsejébe, így 32-44 ml-es eluens-felhasználásnál először a keményítő, másodikként 66-80 ml-es eluens-felhasználásnál a glükóz eluálódott.
A kapott adatok alapján kromatogramot állítottunk össze. Ehhez az ordináta tengely mentén ábrázoljuk a frakciókban lévő anyagok koncentrációját, az abszcissza tengely mentén pedig az eluens térfogatát (vagy frakciószámát). A kromatogram alapján meghatároztuk anyagvisszatartási térfogatok V/- az összegyűjtött eluens teljes térfogata, amíg az anyag maximális koncentrációjú frakciója elhagyja az oszlopot. Egy adott oszlopról egy adott anyag mindig ugyanabban eluálódik V,. A vizsgált esetben a keményítő retenciós térfogata 35 ml, a glükózé pedig 73 ml volt.
Az anyagok retenciós térfogata meglehetősen pontosan reprodukálható. Ezért gélkromatográfiával megoldható az inverz probléma - ismeretlen vegyületek moláris tömegének meghatározása azok meghatározásával. V,. Ehhez először az oszlopot kalibráljuk: meghatározzuk az ismert moláris tömegű BMC-k (standard polimerek) retenciós térfogatát. Erre a célra a hidrofil gélek kalibrálására leggyakrabban ismert fix moláris tömegű fehérjéket használnak. Emellett számos globuláris fehérje esetében a kémiailag meghatározott moláris tömegen kívül molekuláik mérete is ismert. Így ismert fehérjékkel kalibrált oszlop használatával képet kaphatunk a vizsgált molekulák effektív sugaráról is.
A gélpermeációs kromatográfia valószínűleg a leggyakrabban alkalmazott módszer, mivel ez a legegyszerűbb módszer a széles molekulatömeg-tartományban lévő poliszacharidok szétválasztására. Ugyanakkor lehetővé teszi a poliszacharidok molekulatömegének meghatározását. Ha enyhe meghatározási feltételek alkalmazhatók, ez a módszer különösen hasznos instabil biológiai anyagok esetén.
Eszköz kromatográfiához. A gélpermeációs kromatográfia (GPC) egy olyan technika, amelyben a polimer molekulák elválasztása a különböző méretű oldott molekulák számára hozzáférhető porózus gélrészecskék eltérő térfogatán alapul.
A gélpermeációs kromatográfia az oszlopos frakcionálási módszer egyik típusa, amelyben a frakciókra való szétválasztás molekulaszita módszerrel történik, amely azon alapul, hogy a molekulák képesek-e behatolni egy bizonyos méretű adszorbens pórusaiba. Adszorbensként ennél a módszernél olyan anyagokat használnak, amelyek nem rendelkeznek töltésekkel és ionos csoportokkal, és pontosan meghatározott pórusmérettel rendelkeznek (lásd a fejezetet. Ezeknek a követelményeknek a sztirol és divinilbenzol speciális kopolimerei felelnek meg legjobban, amelyek duzzadáskor géleket képeznek.
Működési séma újrahasznosítási módban. A gélpermeációs kromatográfiát elsősorban polimer anyagok molekulatömeg-eloszlásának meghatározására használják, míg a gélszűrős kromatográfiát elsősorban preparatív elválasztási módszer, de mindkét technika alkalmas mindkét esetben. A molekulatömeg-eloszlás meghatározásakor összefüggést kell megállapítani a kromatogram és a molekulaméret, pontosabban a molekulatömeg között.
Gélpermeációs kromatográfia, méretkizárásos kromatográfiával.
A gélpermeációs kromatográfia egy rafia méretkizárásos kromatográfia, amelyben az állófázis egy gél.
A gélpermeációs kromatográfia egy oszlopos frakcionálási módszer, amelyben az elválasztás a molekulaszita elvén alapul. Ez az elv már az 50-es évek elején ismert volt, de csak azután nyert elismerést és széles körben alkalmazták a tudományos kutatásban, hogy Porat és Flodin újra felfedezte és széles körben alkalmazta ezt a módszert. Ettől kezdve 1964-ig több mint 300 közlemény jelent meg erről az új frakcionálási módszerről.
Aminosavak elválasztása ioncserélő kromatográfiával. A gélpermeációs kromatográfia lehetővé teszi a fenol-formaldehid gyanták jellemzését is.
Működési séma recycle módban (10.) A gélpermeációs kromatográfiát elsősorban polimer anyagok molekulatömeg-eloszlásának meghatározására használják, míg a gélszűrős kromatográfia elsősorban preparatív elválasztási módszer, de mindkét esetben mindkét módszer alkalmas. a molekulatömeg-eloszlás meghatározásához összefüggést kell megállapítani a kromatogram és a molekulaméret, helyesebben a molekulatömeg között.
A gélpermeációs kromatográfia (GPC) a molekulák méretbeli különbsége alapján történő szétválasztására szolgáló módszer. Ez a módszer gélkromatográfia, méretkizárásos és molekulaszita kromatográfia néven ismert. A vezetéknév tükrözi legteljesebben a módszer lényegét, azonban a gélpermeációs kromatográfia elnevezést szélesebb körben használják a szakirodalomban.
A gélpermeációs kromatográfia (GPC) egy olyan technika, amelyben a polimer molekulák elválasztása a porózus gélrészecskék változó térfogatán alapul, amelyek különböző méretű oldott molekulák számára hozzáférhetők.
A gélpermeációs kromatográfia (GPC) egy olyan technika, amely erősen porózus nemionos gélgyöngyöket használ az oldatban lévő polidiszperz polimerek elválasztására. A GPC-vel végzett frakcionálás kidolgozott elméletei és modelljei szerint az elválasztásban nem a molekulatömeg, hanem a molekula hidrodinamikai térfogata a meghatározó.
A gélpermeációs kromatográfia azon alapul, hogy a különböző hosszúságú, tehát eltérő molekulatömegű makromolekulák képesek különböző mélységig behatolni egy porózus komponensbe. Az oszlopot porózus üveggel vagy erősen térhálósított duzzadt polimer géllel töltjük, a polimert az oszlop tetejére adjuk, majd az oszlopot oldószerrel mossuk. A kisebb molekulák sokkal mélyebbre hatolnak a pórusokba, és az elúciós folyamat során sokkal tovább maradnak az oszlopban, mint a nagyobb makromolekulák.
A gélpermeációs kromatográfia nemcsak az oligomerek keverékeinek frakcionálását teszi lehetővé, hanem azok átlagos molekulatömegének és molekulatömeg-eloszlásának meghatározását is. Ebben az esetben a Mark-Kuhn egyenlet állandóinak számértékei alig különböznek a théta oldószerben lévő Gauss-tekercs együtthatóitól.
A nukleinsavkomponensek gélpermeációs kromatográfiáját térhálósított dextrángélen (Sephadex) (Sephadex, Pharmacia, Uppsala, Svédország) és poliakrilamid géleken (biogélek) (Bio-Gel, Bio-Rad Labs Richmond, Kalifornia) végzik. A gélek ioncserélő és adszorpciós tulajdonságokkal rendelkeznek, és fokozott affinitást mutatnak az aromás és heterociklusos vegyületekhez.
A gélpermeációs kromatográfiában a purinbázisok adszorpciója is megfigyelhető a gélmátrixon.
Az oligobutadiének és a butadién akrilsavval és akrilnitrillel alkotott kopolimereinek RTF-értéke a 3. adat szerint. A gélpermeációs kromatográfia (GPC) alkalmazása a klasszikus változatban az oligomerek RTF-ének meghatározására még mindig korlátozott. A hasonló molekulatömegű, de eltérő funkcionalitású molekulák GPC-vel történő szétválasztása a g/2-es oldatban lévő makromolekulák végei közötti négyzetgyök-távolság változásán alapul, a végcsoportok természetétől és molekulatömegétől függően. Az r §)/ értékét különösen erősen befolyásolja a molekulák ciklizációja és elágazása, ami 15-2-szeres csökkenéséhez vezet az azonos molekulatömegű lineáris molekulákhoz képest.
A gélpermeációs kromatográfia mechanizmusa lényegében azonos nagy és alacsony keresztkötési sűrűség esetén, bár a gyakorlatban jelentős eltérések is előfordulhatnak. Az oszlopban lévő gélrészecskéket oldószerben szuszpendáljuk. A gélszemcsék közötti csatornák a gélszemcsék belsejében lévő pórusok méretéhez képest jóval nagyobbak, így az oldószer csak a gélszemcsék közötti térben áramlik. Az oldott anyag molekulái méretüktől függően eltérő mélységig hatolnak be a gél pórusaiba, és gyakorlatilag korlátozás nélkül mozognak a gélgranulátumban lévő oldószerben.
A gélpermeációs kromatográfia itt bemutatott mechanizmusa a diffúziós egyensúly feltételezésén alapul. Más szavakkal, feltételezzük, hogy az oldott molekulák eloszlási ideje a gélrészecskéken kívüli tér és az ezen molekulák számára hozzáférhető pórustérfogat között meglehetősen rövid. Az az időintervallum, amely alatt az oldott molekulákat tartalmazó zóna áthalad a gélrészecskéken, általában sokkal hosszabb, mint az egyensúly elérésének felezési ideje az oldott molekuláknak a gélszemcsékbe való diffúziójával.
A gélpermeációs kromatográfiában egy anyagot a K a értékével jellemeznek, mint a hagyományos kromatográfiában. A K értéke nem függ az oszlop méretétől, ezért felhasználható a különböző oszlopokon kapott GPC adatok összehasonlítására.
A gélpermeációs kromatográfiában polimer oldatot vezetnek be egy folyadékba (eluens), amely egy szorbenssel töltött oszlopon halad keresztül. Az oszlopból való kilépésnél az oldatot a makromolekulák méretének megfelelően frakciókra (zónákra) osztják. Az oldat eluensbe való bevezetésétől az adott zóna oszlopból való elhagyásáig eltelt időt retenciós időnek, az ezalatt az oszlopon áthaladó eluens térfogatát pedig visszatartott térfogatnak nevezzük.
Poliuretán kiszorításos kromatográfiája. A molekulatömeg meghatározása. A tetrahidrofuránban oldott poliuretán minták molekulatömeg-eloszlását gélpermeációs kromatográfiával határoztuk meg.
A gélpermeációs kromatográfia elve olyan anyagok elkülönítésére használható, amelyek molekuláik méretében jelentősen eltérnek egymástól. A felhasznált szorbens pórusméretének arányosnak kell lennie az elválasztandó anyagok molekuláinak méretével. Az anyag elválasztó képessége a pórusok eloszlásától függ. Azok az anyagok, amelyek molekulái olyan nagyok, hogy nem tudnak áthatolni a pórusokon, ugyanolyan sebességgel haladnak át az oszlopon, mint a mozgófázis. Minél kisebb az elválasztandó anyagok molekulái, annál nagyobb térfogatú pórusokba tudnak behatolni, és annál inkább lemaradnak a mozgófázis elülső részétől. A gélpermeációs kromatográfiát főként makromolekuláris anyagok elemzésére használják.
A gélpermeációs kromatográfiában a 0 azokat a molekulákat és anyagokat jellemzi, amelyek nem tudnak behatolni az oszlopban lévő gél pórusaiba; az adszorpciós kromatográfiában - olyan anyagok, amelyek bár szinte a teljes pórustérfogaton behatolnak, nem maradnak meg a szorbens felületével való kölcsönhatás miatt. A kapacitási együttható az elválasztandó anyag és a mozgó és állófázis kölcsönhatási folyamatait jellemzi, ezért termodinamikai mennyiség.
A gélpermeációs kromatográfiában makropórusos szilikagéleket, porózus üvegeket és szerves polimer géleket használnak oszloptöltőként. Az azonos típusú, porozitásukban eltérő anyagokat arra tervezték, hogy különböző méretű molekulákat tartalmazó anyagokat különítsenek el.
A gélpermeációs kromatográfiában a legtöbb esetben a mozgófázis az egyetlen oldószer. Az oldószer megválasztásánál figyelembe kell venni a polimer abban való oldhatóságát, ugyanakkor úgy, hogy az alkalmazott mozgófázisban az elválasztott anyagok kölcsönhatása az állófázissal minimális legyen. A tetrahidrofuránt leggyakrabban vízben oldódó hidrofil polimerek elkülönítésére használják.
A duzzadt gél sematikus ábrázolása. A gélpermeációs kromatográfiában a komponensek szorpciós aktivitását és a kapcsolódó fázisközi tömegtranszfert csak a makromolekulák diffúziós mobilitása, valamint méretük és pórusméretük aránya határozza meg.
A gélpermeációs kromatográfiához gélkromatográfokat használnak, amelyek megfelelő szorbenssel (makroporózus üvegek, sztirogélek stb.) töltött kromatográfiás oszlopokból állnak.
Az általános kromatográfiás elveken túl a gélpermeációs kromatográfiának megvannak a maga sajátosságai, amelyek elsősorban a vizsgált polimer oldatok tulajdonságaihoz, ezen objektumok sokféleségéhez, a szorbensekhez és az elemzési körülményekhez kapcsolódnak. Mindez természetesen megnehezíti egy általános elméleti séma felépítését. Ezért a GPC területén dolgozó kutatók a módszer fejlesztésének első szakaszában kénytelenek voltak olyan elméleti koncepciókat kidolgozni, amelyek keretein belül a kísérletben megfigyelt egyedi mintázatokat megmagyarázták. Ez lehetővé tette a kísérlet kompetensebb beállítását, módjának optimalizálását és az eredmények értelmezését.
Ezeket a polimereket gélpermeációs kromatográfiával végeztük, és kalibrációs görbéket vettünk a molekulatömegük meghatározására.
A gélpermeációs kromatográfiás adatok feldolgozásához a rendszer három jellemzőjét kell meghatározni: a kapott adatok megbízhatóságát, a rendszer kalibrálását és felbontását. Ez a három jellemző összefügg egymással, és végső soron közvetlen mérésekkel kell meghatározni. Miután ez megtörtént, használhatunk közvetett adatokat a rendszer meghatározott jellemzőinek változatlanságáról.
A gélpermeációs kromatográfiás módszerben a polimer mintát a makromolekuláinak méretének megfelelően választják el. Amíg csak molekulatömegben eltérő molekulákról beszélünk, addig az elválasztás hatékonyságát kizárólag a molekulatömeg határozza meg. De még egy ilyen egyszerű helyzet is bonyolultabbá válhat, ha egy kémiailag heterogén polimerminta molekulái különböző mértékben szolvatált csoportokat tartalmaznak. Ekkor az azonos molekulatömeg ellenére egyes láncok nagy moláris térfogatúak lehetnek.
A gélpermeációs kromatográfiát az anyagok széles körének elemzésére használják, és gyors terjeszkedését az egyszerűség és a nagy hatékonyság vezérelte. A módszer hatékonysága a legvilágosabban a természetes anyagok elemzésében mutatkozik meg, amelyek molekulatömege széles tartományban változik.
Az elméleti táblával egyenértékű magasság függése a szorbens szemcsék átmérőjétől különböző típusú szorbenseknél, különböző csomagolási módokkal. O - felületi porózus szorbens. dK - 2 1 mm, kézi csomagolás.. - felületesen porózus szorbens, dK 7 9 mm, gépi csomagolás. f-felületű porózus szorbens, dK 7 9 mm, kézi csomagolás. c - szilikagél, kiegyensúlyozott szuszpenzió. f - mikrogömb alakú szilikagél. stabilizált felfüggesztés. P - kovaföld, tampon csomagolás. A - mikrogömb alakú szilikagél, stabilizált szuszpenzió.| Szűk diszperziójú polisztirol standardok GPC-je oszlopon (250 x 0 20 mm szilikagéllel (Fp 0 20 mm, dp 5 - 6 µm. 1 - Mw 2 - 10. 2 - Mw 5 MO4. 3 - L w 4. Mivel a gélpenetrációs kromatográfiában k n kicsi, ennél a kromatográfiás módszernél F kisebb, mint az adszorpciós kromatográfiánál.
A gélkromatográfia (vagy gélpermeációs kromatográfia) a folyadékkromatográfia egy olyan változata, amelyben az oldott anyagot megosztják a gélgyöngyöket körülvevő szabad oldószer és a gélgyöngyökben lévő oldószer között. Mivel a gél egy duzzadt szerkezetű rendszer, különböző méretű pórusokkal, az ilyen típusú kromatográfiában az elválasztás az elválasztandó anyagok molekulaméretének és a gél pórusméretének arányától függ. A molekulatömeggel arányosnak vehető molekulák mérete mellett a molekulák alakja is jelentős szerepet játszik a gélkromatográfiában. Ez a tényező különösen fontos azoknál a polimer oldatoknál, amelyekben azonos molekulatömeg mellett a molekulák konformációjuknak megfelelően különböző (gömb alakú vagy egyéb tetszőleges) alakot vehetnek fel, és ennek következtében eltérően viselkednek az oszlopban. További érvelés érvényes azokra a molekulákra, amelyek gömb alakúak.
GPC (Gel Permeation Chromatography), amelyek kizárólag analitikai célokat szolgálnak, és teljes hossza 370 cm. (Ennek a kromatográfnak a működési elve, amelyben a szintetikus polimerek molekulatömeg-eloszlását szinte teljesen automatikusan határozzák meg, a oldalon ismertetjük. Természetesen egy ilyen típusú műszer vízoldható polimerekkel is használható, ami jelentősen megkönnyíti a molekulatömeg meghatározását.
A gélpermeációs kromatográfia széles körű elterjedését azonban hátráltatja a porózus gélek kis választéka és az aszfaltének kémiai jellegének figyelembevételével történő szétválasztásának lehetetlensége. Ezzel a módszerrel ioncserélő gyanták (Amberlite-27 és Amberlite-15) segítségével az aszfalténeket négy savas (az eredeti 38-6%-a), négy bázikus (16-6%) és semleges (41-3%) részre bontották. ) törtek. Ezután gélpermeációs kromatográfiával azonos molekulaméretű frakciókra osztják. Ez a módszer a Romashkinsk olajból izolált aszfaltének jelentős polaritását tárta fel.
Dalglish hárompontos interakciós modellje. A fehérjekémiában különösen fontos gélpermeációs kromatográfiában (más néven méretkizárásos vagy szitakromatográfiában) az elválasztás elsősorban a molekulák sztérikus méretének különbségei miatt történik: a nagy molekulák, mivel nem képesek diffundálnak a mátrix kis pórusaiba, gyorsabban eluálódnak, mint a kis molekulák.
Úgy tűnik, hogy a gélpermeációs kromatográfia fent tárgyalt mechanizmusa kísérletekkel teljes mértékben megerősített. A legtöbb esetben az áramlási sebesség változtatása nem befolyásolja az elúciós térfogatot, ami azt jelzi, hogy a rendszer nagyon közel áll az egyensúlyi feltételekhez. Azt is meg kell jegyezni, hogy a fenti kép a valóság nagyon durva közelítése. ábrán. Az 5-1 az oldott anyag molekuláit jelöli, amelyek nagyon kis méretüknél fogva a mátrix összes pórusán keresztül, sőt olyan helyeken is átdiffundálhatnak, ahol a pórusok szűkülnek. Ugyanakkor az oldott anyag molekulái között vannak olyan molekulák, amelyek nagy mérete lehetővé teszi, hogy csak bizonyos méretű pórusokba hatoljanak be, amelyek csak a gélszemcsék külső héján helyezkednek el. Létezniük kell azonban olyan közepes méretű molekuláknak, amelyek átjutnak a pórusok szűk keresztmetszetein, bár a csatornafalakkal való kölcsönhatás miatt sokkal kisebb sebességgel. Craig meggyőzően kimutatta, hogy az oldott molekulák áthaladásának sebessége a diffúzió során olyan membránokon, amelyek mindkét oldalán eltérő koncentrációjú ezek a molekulák, nem sokban térnek el egymástól, ha a membránok pórusai sokkal nagyobbak, mint a diffundáló molekulák mérete. A diffúziós sebesség azonban a molekulaméret érzékeny mértéke azon molekulák esetében, amelyek mérete csak valamivel kisebb, mint a pórusátmérő. Nyilvánvalóan természetüknél fogva a differenciáldiffúziós és a gélpermeációs kromatográfia folyamatai közel állnak egymáshoz.
A gélpermeációs kromatográfiás frakcionálás során nagyszámú különböző gélt használnak vagy kísérelnek meg. Általában ezek a gélek különböző fokú térhálósodási fokú polimerek, és általában megduzzadnak az oldószerben, amelyben előállították. Ilyenek például a vizes oldatokban használt dextránok és a szerves oldószerekben végzett munka során használt polisztirolok. A hagyományos véleménnyel ellentétben a duzzanat nem játszik jelentős szerepet, de a permeabilitás vagy a porozitás mértéke nagyon fontos mutatója a gél minőségének. Vaughan kiterjedt vizsgálatokat végzett különféle gélekkel és más porózus anyagokkal, és kimutatta, hogy a duzzadt szilikagél (Monsanto Santocel A) nagyon hatékony a polisztirol benzolban történő frakcionálására. A szilikagél hidrofil anyag, ezért természetesen nem duzzad benzolban.
Anélkül, hogy a gélpermeációs kromatográfia elméletével foglalkoznánk, megjegyezzük, hogy a részecskék permeabilitása a porozitástól és a zselé előállítási módjától függ. A jelenleg legszélesebb körben használt zselék a következők: vizes oldatokhoz - epiklórhidrinnel (biológiailag szintetizált szénhidráttal) és térhálósított poliakrilamiddal térhálósított dextrán, nem vizes oldatokhoz pedig divinilbenzollal térhálósított polisztirol.
Ebben a munkában akrilnitril és ABS kopolimereket vizsgáltunk gélpermeációs kromatográfiával, és kalibrációs görbéket kaptunk különböző oldószerekre. Az alábbiakban ismertetjük az ABS-kopolimerek elemzésére ebben a munkában használt módszereket. Ebben a munkában módszereket dolgoztunk ki az oldhatatlan polimer (gél), az oldható polimer és a nem polimer adalékok teljes mennyiségének meghatározására, valamint módszereket kötött akrilnitril, butadién és sztirol meghatározására mind az eredeti polimerben, mind az izolált polimerben. oldhatatlan polimer (gél) és az oldható polimer frakcióban . Mindezek a módszerek alkalmazhatók ojtott ABS kopolimer köztes mintáinak, valamint e kopolimernek kis molekulatömegű sztirol-akrilnitril polimerrel alkotott keverékeinek elemzésére is, amelyeket az ABS gyártása során használnak.
Ebben a munkában különböző módszerekkel szintetizált polikarbonátokat vizsgáltunk gélpermeációs kromatográfiával. A munka szerzői arra a következtetésre jutottak, hogy ez a módszer a legjobb a végcsoportok elemzésére. A polikarbonát frakcionálását gélpermeációs kromatográfiával is elvégeztük. A polikarbonátokat metilén-kloridból frakcionáltuk szekvenciális kicsapásos módszerrel. Ezt a kalibrációt tovább erősítették membránozmometriával és fényszórási mérésekkel. Kísérleti viszkozitásértékek kimutatták, hogy a Kurata-Stockmayer-Roy reláció alkalmas a polikarbonát metilén-kloridban való molekuláris nyújtásának értelmezésére.
A gélpermeációs kromatográfiás eljárás általános leírásának a kromatográfia és a szorpciós dinamika megfelelően módosított elméleti koncepcióján kell alapulnia, figyelembe véve a polimer oldatok sajátosságait. Célszerű a kromatográfiás rendszert kétfázisú rendszernek tekinteni, a mozgó fázist a szorbens részecskék közötti üregek által alkotott csatornák halmazának, az állófázist pedig a szorbens üregének tereként értelmezve.
Az MWD gélpermeációs kromatográfiával történő meghatározásakor egy polimer oldatot vezetnek át egy oszlopon, amelyen egy térhálós polimer formájú, oldatban duzzadt töltet van. A makromolekulák mozgási sebessége az oszlopban mólértéküktől függ.
A méretkizárásos kromatográfia gélpermeációs kromatográfiára (GPC) és gélszűrős kromatográfiára oszlik.
Lucfenyő holocellulóz lúgos kivonatának frakcionálása ioncserélő kromatográfiával. A frakcionáláshoz gyakran használnak gélpermeációs kromatográfiát.
Ennek a módszernek a fizikai alapja nagyon egyszerű és világos. A vizsgált polimer oldat porózus szorbenssel töltött oszlopon folyik keresztül. A komponensek keverékeinek szétválasztása az anyagnak a mozgó (folyó oldószer) és az álló (oldószer a szorbens pórusaiban) fázis közötti eloszlásán alapul, azaz a polimer makromolekulák eltérő képességén, hogy behatolnak a gélgranulátum pórusaiba. , innen ered a módszer neve.
A szorbens szemcsék felületét számos csatorna, mélyedés és egyéb egyenetlenség borítja, amelyeket hagyományosan pórusoknak neveznek, amelyek teljes térfogata kb. V„. Az oldószer számára hozzáférhetetlen térfogatot holttérfogatnak nevezzük. Hagyjuk, hogy az oldat elfolyjon egy ilyen felület mellett, amelynek méretei arányosak a pórusok méretével, vagy kisebbek azoknál. Ezen molekulák egy része behatol a pórusokba, ha koncentrációjuk a mozgó fázisban nagyobb, mint a pórusokban. Amikor az oldott zóna elhagyja a szorbens adott területét, a molekulák koncentrációja a gél pórusaiban nagyobb lesz, mint kívül, és a molekulák ismét bediffundálnak a mozgófázis áramlásába. Ha a molekulák mérete nagyobb, mint a pórusok mérete, akkor az ilyen molekula megállás nélkül elhalad a gélgranulátum mellett, azaz kiszorul a pórustérből. Így a nagyobb makromolekulák gyorsabban áramlanak át az oszlopon. Ez azt jelenti, hogy egy polidiszperz minta különböző molekulái különböző időpontokban, eltérő retenciós térfogattal lépnek ki az oszlopból. VR
VR= V0 +kvV„ >
Ahol Vo- a mozgófázis térfogata (áramban lévő oldószer); Kv- pórustérfogat eloszlási együttható: a pórusokból teljesen kizárt nagy makromolekuláknál kv = 0; oldószermolekulák esetén kv = 1),
Értékek Vr főként a hőmérséklettől, az oldószer jellegétől és az oldat koncentrációjától függenek.
Egy makromolekula viselkedése oldatban könnyen leírható részletesen, ha meghatározzuk Gibbs-energiáját A.G.. Ha egy makromolekula belép egy pórusba, az entrópiája csökken. A makromolekula szegmensei és a pórusfalak közötti kölcsönhatás jelenlétében az entalpia megváltozik: vonzással az entalpia csökken, és fordítva. Ezért adszorpció hiányában A.G. > 0, a makromolekulák erős adszorpciójával a pórusfalakon A.G. < 0. Ennek megfelelően az első esetben méretkizárásos kromatográfia (méreteloszlás) történik, a másodikban pedig adszorpció; feltételek at A.G.=0 kritikusnak nevezik. Mivel a környéken A.G. > 0, a makromolekulák méret szerint elkülönülnek, és lehetséges a lineáris polimerek molekulatömegével történő elemzés. Ha a polimer elágazó, az elválasztási folyamat bonyolultabbá válik, és az elágazások típusától és számától, kopolimerek esetén pedig a lánc összetételétől és blokkoltságától is függ.
A legszélesebb körben használt szorbensek a hidrofób anyagok géljei, például a divinil-benzollal térhálósított polisztirol: Az ilyen gélekben szinte teljesen nincs adszorpciós hatása a vizsgált mintáknak. A közelmúltban elterjedtek a makropórusos üvegek, amelyek a polimer szorbensekhez képest számos előnnyel (részecskemerevség, pórusméret-változás, kémiai stabilitás) és hátrányuk (a polimerek fokozott szorpciója rajtuk) rendelkeznek.
A leggyakrabban használt oldószerek a tetrahidrofurán (THF), kloroform, toluol, ciklohexán és ezek keverékei. Előnyben részesítjük a THF-et, amely a toluollal ellentétben nem képez micellákat vagy aggregátumokat polimer makromolekulákkal, és átlátszó a spektrum UV tartományában. Ezen túlmenően a 11IX módszer hatékonysága tetrahidrofuránnal meglehetősen alacsony hőmérsékleten (35-45 °C) a legnagyobb. A hosszú távú tárolás során azonban a THF robbanásveszélyes peroxidvegyületekké oxidálódik, ezért szükséges az előtisztítás. Oldószerként THF-et használva minden gumimárka, valamint a hőre lágyuló elasztomerek elemezhetők. A nitril-butadién-kaucsuk elemzésekor olyan oldószerkeveréket célszerű használni, amelyek közül az egyik a gumi nem poláris, a másik a poláris része iránt affinitást mutat. Ha refraktometriás detektort használunk, az oldószerrel szemben támasztott követelmény az oldószer és a polimer törésmutatóinak különbsége.
Első alkalommal gélkromatográfiás készülék poli elemzés Merovot Waters 1964-ben, később szabadította fel öt év múlva A módszer felfedezése. Ma folyadékkromatográfok számára elemzés A polimerek molekulatömeg-eloszlását (MWD) minden iparosodott országban gyártják, a KhZh sorozat kromatográfjai Oroszországban ismertek. A külföldi műszerek legújabb módosításai közé tartozik a "Waters Chem. Div" cég gélkromatográfja. viszkoziméterrel a molekulatömeg, MWD és a makromolekulák orientációs fokának meghatározására. A készülék körhinta kialakítása lehetővé teszi 16 minta egyidejű tesztelését.
A kromatográf blokkdiagramja a következőket tartalmazza: O Gaztalanító blokk - arra szolgál, hogy eltávolítsa a gázokat az oldószerből, és segít fenntartani az azonos mennyiségű oldószert hosszú ideig.
О Adagoló blokk - lehetővé teszi, hogy időben bemutasson egy adott térfogatú mintát, és automatikus üzemmódban dolgozzon,
О A modern folyadékkromatográfokban a kromatogram átalakítása a polimer MWD-jévé, beleértve az eszköz molekulatömeg szerinti kalibrálását és a műszeres kiszélesedés korrekcióját, számítógép segítségével történik. Ez lehetővé teszi a differenciális és integrált MWD és az átlagos molekulatömeg értékek kiszámítását elfogadott programok segítségével. Speciális mikroprocesszorok vezérlik az eszközblokkok működését adott program szerint.
Példa a kísérleti körülmények gélpermeációs kromatográfiával végzett rögzítésére. A telepítés a következő fő elemekből áll; 6000A típusú szivattyú, U 6K mintaadagolóval és R 401 differenciál refraktométerrel. A telepítés 3 db 300 mm hosszú és 8 mm belső átmérőjű elválasztó oszlopot is tartalmaz. Az oszlopokat SDV-Gel 5-tel töltjük meg, amelynek pórusátmérője 103, 104 és 105 Å (Polymer-Standard-Service, PSS, Mainz). A vizsgálati hőmérséklet 22°C, az áramlási sebesség 1,0 ml/perc. Oldószerként tetrahidrofuránt használunk, a befecskendezési térfogat 100 µl, 6-10 g/l mintakoncentráció mellett. Az univerzális kalibrálás 104-106 g/mol molekulatömegű polisztirol segítségével történik.
A GPC lehetővé teszi a polimerek kémiai szerkezetének finom változásainak tanulmányozását, és meghatározza a teljes MWD-t, ezért széles körben használják a polimerkémiában. Az elasztomerek ipari gyártása során a GPC módszer alkalmazható a sorozatgyártású termékek üzemi minőségellenőrzésére és a technológiai folyamat megfelelő beállítására, valamint meghatározott tulajdonságú elasztomerek előállításának fejlesztésére, javítására. A gélkromatográfok beépíthetők olyan automatizált folyamatvezérlő rendszerekbe, amelyek közvetlenül a reaktorból vesznek mintákat az elemzéshez. Az elemzés időtartama a minta előkészítésével együtt 20-30 perc.
Cikkek a témában
