3 Arten von berechneten Molekulargewichts-Daten

Wenn Sie im Bereich der Makromolekülanalyse tätig sind, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das Molekulargewicht ein interessanter Parameter ist.  Dies liegt daran, dass das Molekulargewicht der Länge der Polymerketten entspricht, welche mit den physikalischen Eigenschaften des Materials zusammenhängt. Eine praktische Analysetechnik zur Charakterisierung des Molekulargewichts einer Probe ist GPC/SEC.  Es gibt jedoch verschiedene GPC/SEC-Systeme mit unterschiedlichen Detektorkonfigurationen (wie OMNISEC!), und diese verschiedenen Detektorkombinationen liefern eine Reihe von berechneten Daten.  Und selbst wenn sie alle Molekulargewichtswerte liefern können, sind diese Molekulargewichtswerte nicht alle gleichwertig!

Wenn Sie einen Fachartikel lesen, sich auf Daten eines Lieferanten verlassen, eine Polymerisation aus der Literatur reproduzieren oder etwas anderes tun, ist es wichtig zu verstehen, wie die Molekulargewichtswerte berechnet werden.  Dieser Beitrag wird drei Arten von berechneten Molekulargewichts-Daten beschreiben, sodass Sie das nächste Mal bereit sind, wenn Sie ein Molekulargewicht nachschlagen.

Sprechen Sie über durchschnittliche Molekulargewichte?

Nicht ganz, obwohl eine kurze Beschreibung der durchschnittlichen Molekulargewichte angebracht ist. Makromoleküle entstehen, indem kleinere Bausteinmoleküle miteinander verbunden werden. Während Proteine aufgrund ihrer spezifischen Aminosäuresequenz einen einzelnen Molekulargewichtswert aufweisen, zeigen viele natürliche und alle synthetischen Polymere eine Molekulargewichtsverteilung, was bedeutet, dass eine Probe Ketten unterschiedlicher Länge enthält.  Daher werden durchschnittliche Molekulargewichte, wie das zahlenmittlere Molekulargewicht (Mn), das gewichtsmittlere Molekulargewicht (Mw) und das z-mittlere Molekulargewicht (Mz), zur Beschreibung von Polymerproben verwendet.  Diese verlinkte Seite des Polymer Science Learning Center bietet eine großartige Erklärung der durchschnittlichen Molekulargewichte.

Letztendlich nutze ich diesen Beitrag, um die praktischen Unterschiede zu beschreiben, wenn diese durchschnittlichen Molekulargewichte durch verschiedene Analysemethoden berechnet werden, und was das über die resultierenden Werte bedeutet.  Für weitere Details zu jeder der Analysemethoden selbst siehe meinen vorherigen Beitrag zu diesem Thema.

Relatives Molekulargewicht

Bei der Verwendung eines einzelnen Konzentrationsdetektors und einer konventionellen Kalibrationsanalyse werden die resultierenden Molekulargewichts-Daten als ”relativ” bezeichnet.  Das Molekulargewicht jeder Datenaufteilung Ihrer Probe wird aus einer Kalibrationskurve mit bekannten Standards abgeleitet, wie im unten stehenden Bild gezeigt.  Zum Beispiel könnte Ihre Probe ein Mw von 50 kDa relativ zu Polyethylenoxid (PEO)-Standards haben.  Leider deutet dieser Wert nur darauf hin, dass Ihre Probe die gleiche Größe wie eine 50 kDa PEO-Probe hat.  Es sagt nichts über das tatsächliche Molekulargewicht Ihrer Probe aus!

Denken Sie daran, dass GPC/SEC basierend auf molekularem Volumen – nicht auf Molekulargewicht – trennt.  Denken Sie an einen Volleyball und eine Bowlingkugel als Ihre Proben: Sie sind beide ungefähr gleich groß, würden also bei demselben Retentionsvolumen eluiert werden.  Daher werden ihre relativen Molekulargewichte als gleich berechnet.

Jeder, der beide Objekte aufgenommen hat, wird jedoch wissen, dass eine Bowlingkugel viel mehr Masse hat als ein Volleyball.  Da relative Molekulargewichtswerte jedoch nur auf dem Retentionsvolumen basieren, das wiederum nur auf der molekularen Größe basiert, wird der Unterschied in der Masse nicht erkannt.

Relative Molekulargewichte sind hervorragend, wenn die zu analysierende Probe mit den Standards identisch ist, die zur Erstellung der Kalibrationskurve verwendet wurden.  Aber wenn die Probe und die Standards unterschiedlich sind, wird die Genauigkeit der berechneten relativen Molekulargewichtswerte diese Unterschiede widerspiegeln. 

Wenn Sie sehen, dass Molekulargewichtswerte als relativ angegeben sind, denken Sie daran, welche Standards (und Systembedingungen) verwendet wurden, und erinnern Sie sich daran, dass das tatsächliche Molekulargewicht der Proben möglicherweise nichts mit dem angegebenen Wert zu tun hat!

Universelle Kalibrationsmolekulargewicht

Durch Hinzufügen eines Viskosimeters zur Detektorreihe kann eine universelle Kalibrationskurve erstellt werden.  Die Einbeziehung eines Viskosimeters ermöglicht es, Unterschiede in der Molekularstruktur und Dichte zu berücksichtigen.  Der entscheidende Zusammenhang ist, dass das hydrodynamische Volumen (molekulare Größe) proportional zum Molekulargewicht multipliziert mit der intrinsischen Viskosität (IV) ist.

Auch wenn das universelle Kalibrationsmolekulargewicht weiterhin auf einer Kalibrationskurve basiert und somit von systemabhängigen Faktoren wie Durchflussrate, Temperatur usw. abhängt, sind die berechneten Molekulargewichtswerte unabhängig davon korrekt, wie ähnlich Ihre Proben Ihren Standards sind. 

Wenn wir zur Bowlingkugel und dem Volleyball zurückkehren, wird das durch universelle Kalibration berechnete Molekulargewicht wahrscheinlich korrekt sein. Die beiden eluieren beim gleichen Retentionsvolumen, weil sie gleich groß sind, was bedeutet, dass das hydrodynamische Volumen äquivalent ist.  Der Viskosimeter-Detektor wird jedoch auf jeden unterschiedlich reagieren.  Die dichte Struktur der Bowlingkugel bedeutet, dass sie eine niedrigere IV als der Volleyball hat.  Da wir nun Mw x IV verwenden, wird der Unterschied im Molekulargewicht erkannt.

Beim Lesen über Molekulargewichtswerte, die durch universelle Kalibration bestimmt wurden, ist es wichtig, die für die Analyse verwendeten Systembedingungen zu beachten.  Aber höchstwahrscheinlich können die universellen Kalibrationsmolekulargewichte vertrauenswürdig sein!

Absolutes Molekulargewicht

Ein GPC/SEC-System mit einem statischen Lichtstreudetektor ist der ideale Weg zur Berechnung des Molekulargewichts.  Da das Molekulargewicht der Probe mit der Intensität des gestreuten Lichts zusammenhängt, die vom Lichtstreudetektor gemessen wird, ist das Retentionsvolumen der Probe nun irrelevant.  Das bedeutet, dass keine Kalibrationskurve erforderlich ist!  Wenn das Molekulargewicht mit einem System mit einem Lichtstreudetektor berechnet wird, werden diese Werte als „absolut“ beschrieben, im Gegensatz zu den Molekulargewichten, die mit Kalibrationskurven in Abwesenheit eines Lichtstreudetektors berechnet werden.

Ein System mit einem Lichtstreudetektor wird die Molekulargewichte der Bowlingkugel- und Volleyballproben korrekt bestimmen.  Und auf bequemere Weise, da Kalibrationskurven-Standards nicht erforderlich sind (um es klarzustellen, alle Lichtstreudetektoren erfordern eine Kalibrierung, unabhängig vom Hersteller; dies kann leicht mit einem einzelnen, engen Standard erledigt werden).  Es ist wichtig zu beachten, dass der dn/dc-Wert der Probe erforderlich ist, aber zum Glück kann Ihnen die OMNISEC-Software dabei helfen, diesen zu bestimmen.

Das nächste Mal, wenn Sie Molekulargewichtswerte überprüfen, hoffentlich sind sie als „absolut“ beschrieben oder mit einem Lichtstreudetektor bestimmt worden.  Das sind Werte, denen Sie vertrauen können!

Abschließende Gedanken

Abschließend hoffe ich, dass dieser Beitrag Ihnen hilft, den Prozess der Bewertung dieser drei verschiedenen Arten von berechneten Molekulargewichtswerten zu verstehen. Wenn Sie daran interessiert sind, Proben zu analysieren, um alle drei selbst zu bestimmen, habe ich gute Neuigkeiten – OMNISEC kann alle oben beschriebenen Optionen bieten!  Wenn Sie Fragen haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren oder schicken Sie mir direkt eine E-Mail an kyle.williams@malvernpanalytical.com.

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