Método de Medição do Peso Molecular Absoluto de Polímeros Sintéticos

MEDIÇÕES DO PESO MOLECULAR ABSOLUTO EM POLÍMEROS SINTÉTICOS UTILIZANDO O VISCOTEK SEC-MALS 20 

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Introdução 

 


As propriedades físicas e o comportamento dos polímeros dependem fortemente das propriedades das próprias moléculas de polímero. Peso molecular e distribuição de peso molecular, tamanho e estrutura molecular afetam como o material se comportará.  

 

A cromatografia por permeação em gel (GPC), também chamada de cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), é a ferramenta mais comumente usada para avaliar esses parâmetros. 

 


O princípio do GPC envolve a separação da amostra enquanto viaja através de uma matriz de coluna porosa mas inerte. Enquanto moléculas menores penetram mais profundamente nos poros, moléculas maiores são excluídas e, portanto, viajam através da coluna mais rapidamente. O resultado é uma separação baseada em volume hidrodinâmico, mas o desejo é conhecer o peso molecular da amostra. 

 


O sistema Malvern SEC-MALS 20 é um detector de espalhamento de luz de 20 ângulos capaz de fazer medições de peso molecular e Rg (raio de giro). Ele é usado como parte de um sistema GPC com múltiplos detectores que combina espalhamento de luz com outros detectores, como índice de refração (RI), ultravioleta (UV) e viscosidade intrínseca (IV) para gerar uma grande quantidade de informações sobre uma amostra simultaneamente. 

Nesta nota de aplicação, o peso molecular, a distribuição de peso molecular e o tamanho de dois polímeros comuns são medidos usando SEC-MALS. Os resultados de SEC-MALS são comparados com os da calibração convencional e as diferenças são discutidas. 

 

Materiais e métodos 

 


O sistema SEC-MALS 20 estava conectado a um Viscotek GPCmax e a um detector RI Viscotek VE3580.  

 

As amostras foram separadas usando duas colunas Viscotek T6000M. A fase móvel era THF estabilizada com 300 ppm BHT.  

 

As amostras foram deixadas dissolvendo durante a noite para garantir dissolução completa.  

 

O sistema SEC-MALS foi calibrado com um padrão de poliestireno rastreável de 105 kDa.  

 

A configuração de calibração convencional foi calibrada com uma série de padrões de poliestireno de pesos moleculares conhecidos. 

 


Os detectores e colunas foram mantidos a 35°C para garantir uma boa separação e maximizar a estabilidade da linha de base. 

 


As duas amostras analisadas nesta nota são uma amostra de poliestireno de ampla distribuição com um peso molecular de 235 kDa (2,35 x 105 g/mol) e uma amostra de polimetilmetacrilato (PMMA) de ampla distribuição. Ambas foram dissolvidas na fase móvel e então passaram pelo sistema.  

 

Seus pesos moleculares foram medidos usando tanto a calibração convencional quanto o SEC-MALS 20. 

 

Resultados 

 


Um cromatograma da amostra de poliestireno de 235 kDa com alta polidispersidade é mostrado na figura 2A. A tabela inserida mostra o peso molecular medido.

 

O Viscotek SEC-MALS 20 mede a intensidade do espalhamento de luz em 20 ângulos e todos os dados angulares são mostrados na figura 2B.  

 

As distribuições de peso molecular e Rg são mostradas na figura 2C. Rg foi medido em aproximadamente três quartos do pico, correspondendo à área onde as moléculas são grandes o suficiente para espalhar a luz anisotropicamente e, portanto, ter Rg medido, e isso é plotado na linha marrom.  

 

Um gráfico de Debye mostrando a dependência angular da luz espalhada é mostrado na figura 2D. Em um volume de retenção de aproximadamente 18 ml, o tamanho das moléculas é pequeno o suficiente para que elas sejam espalhadoras isotrópicas, o que significa que espalham luz uniformemente em todas as direções.  

 

Um exemplo de um gráfico de Debye desta região pode ser visto na figura 2E. A inclinação da linha é virtualmente zero e um Rg não pode ser medido.  

 

Portanto, a distribuição de Rg termina em aproximadamente 10 nm, que é o limite inferior de Rg para SEC-MALS, e é extrapolada deste ponto em diante.  

Historicamente, as medições de peso molecular usando GPC eram feitas usando uma curva de calibração convencional feita de uma série de padrões de peso molecular conhecido.  

 

Para este trabalho, uma curva de calibração foi criada usando uma série de padrões de poliestireno. A curva pode ser vista na figura 3 sobreposta a um cromatograma de PS400k, um padrão de 4×105 g/mol usado como parte da curva de calibração. 

 


Uma amostra de polimetilmetacrilato (PMMA) foi dissolvida na fase móvel e separada no sistema.  

 

A Figura 4 mostra seu cromatograma sobreposto com a mesma curva de calibração convencional de poliestireno. Os resultados de peso molecular são mostrados na tabela inserida. 

Esta amostra é realmente conhecida por ter um peso molecular de 9,5 x 104 g/mol de medições de espalhamento de luz em ângulo baixo (LALS).  

 

No entanto, seu peso molecular medido usando calibração convencional é de aproximadamente 85 kDa e, portanto, está significativamente subestimado.  

 

A razão para isso é que o PMMA tem uma relação diferente de tamanho/peso molecular em comparação com os padrões de poliestireno usados na calibração, o que quer dizer que possui uma estrutura diferente.  

 

Moléculas de peso molecular semelhante, portanto, sairão em volumes de retenção diferentes.  

 

Isso confirma que se o poliestireno for usado para criar uma curva de calibração convencional e o PMMA for a amostra, o peso molecular medido será incorreto.  

 

Essa relação é, na verdade, definida pela viscosidade intrínseca da molécula, mas este parâmetro é discutido em outras notas de aplicação (ref MRK 1925).  

 

Por outro lado, as medições de peso molecular por espalhamento de luz são independentes do volume de retenção da amostra.  

 

Portanto, quando esta amostra de PMMA é medida, os resultados devem ser mais precisos.  

 

Medindo a amostra usando o Viscotek SEC-MALS 20 produziu os resultados mostrados na figura 5.  

 

A figura 5A mostra o cromatograma da amostra de PMMA incluindo tanto os sinais RI quanto os sinais de 90° do SEC-MALS.  

 

A tabela inserida mostra que o peso molecular medido é de 94 kDa, muito próximo ao valor correto medido por LALS.  

 

O peso molecular foi, portanto, medido pelo SEC-MALS com muito mais precisão do que pela calibração convencional.  

 

O peso molecular medido é mostrado na figura 5C sobreposto no cromatograma RI. Como discutido acima para a amostra de poliestireno, usar MALS também permite a medição de Rg para moléculas grandes o suficiente para espalhar luz anisotropicamente.  

 

A figura 5C mostra o Rg medido em boa parte do pico. O Rg médio medido é de 10,2 nm. Na borda descendente do pico, à medida que o tamanho das moléculas cai abaixo de 10 nm, o Rg não pode mais ser medido, pois o amostra está espalhando luz isotropicamente nesta região. 

Discussão 

 


A adição de um espalhamento de luz como detector a um sistema GPC acrescenta a capacidade de medir com precisão o peso molecular de qualquer polímero, independentemente de seu volume de eluição.  

 

O Malvern