¿Qué es un valor de dn/dc y por qué es importante para GPC/SEC?
El detector más común en cualquier instrumento de GPC/SEC es un detector de índice de refracción (IR). Hay múltiples razones para esto, pero la más importante es porque la diferencia en el índice de refracción entre el de una solución de muestra y el del mismo solvente sin muestra es directamente proporcional a la concentración de la muestra. Es por eso que los detectores de IR son conocidos como detectores de concentración. (Cabe señalar que los detectores UV-Vis también son detectores de concentración, pero requieren que la muestra tenga un cromóforo y absorba luz en una longitud de onda detectable).
Cuando se utiliza como el único detector en un sistema GPC/SEC, se pueden determinar las concentraciones relativas de las diferentes rebanadas de datos en un pico de muestra, lo cual, cuando se combina con una curva de calibración, permite el cálculo de los momentos de peso molecular relativos (Mn, Mw, Mz). Cuando un detector de IR se combina con detectores de dispersión de luz y viscosímetros, se debe determinar la concentración exacta de la muestra en cada rebanada de datos para calcular el peso molecular absoluto y la viscosidad intrínseca. ¿Y cómo obtenemos la concentración exacta de una muestra en cada rebanada de datos? Usando el valor de dn/dc de la muestra.
¿Qué es dn/dc?
El parámetro clave para traducir la salida del detector de IR a la concentración exacta de una muestra es el valor de dn/dc, o incremento del índice de refracción. Este valor es único para una combinación de muestra-solvente, ya que representa la diferencia en el índice de refracción entre la muestra y el solvente. (Otros factores pueden afectar el valor de dn/dc de una muestra, como la longitud de onda de la fuente de luz y los pesos moleculares extremadamente bajos, pero esas situaciones son raras). Típicamente, los valores de dn/dc oscilan entre 0.05 y 0.20, con valores más altos de dn/dc proporcionando respuestas de IR más fuertes. A veces, una muestra y un solvente tienen el mismo índice de refracción, como polidimetilsiloxano (PDMS) y THF, lo que resulta en un valor de dn/dc de cero. Esto significa que por más concentrada que esté la solución de muestra, el detector de IR no mostrará respuesta.
El siguiente ejemplo ilustra cómo el dn/dc de una muestra afecta su respuesta de IR. Se prepararon y analizaron dos muestras en el sistema OMNISEC; una de poliestireno (PS) y una de polimetilmetacrilato (PMMA), ambas con concentraciones de 2 mg/mL. Esto significa que se inyectó la misma cantidad de masa para ambas muestras. Dado que el detector de IR mide la concentración, la expectativa inicial podría ser que los dos picos fueran de tamaño y área similares.
Sin embargo, las señales de IR resultantes muestran una clara diferencia: el pico de la muestra de PS (rojo) es más del doble de grande que el producido por el PMMA (púrpura). Si ambas muestras tienen la misma concentración, ¿por qué sus picos son tan diferentes?
Como podría esperarse, la respuesta es que PS y PMMA tienen diferentes valores de dn/dc. El valor de dn/dc para PS en THF es 0.185 y el valor de dn/dc para PMMA en THF es 0.085. El valor para PS es un poco más del doble que el de PMMA, lo que resulta en un pico que parece ser aproximadamente el doble de grande. De hecho, el área del pico de la muestra de PS es 253.3 mV•mL, un poco más del doble del área del pico de la señal de PMMA, 122.5 mV•mL.
Una colección de valores de dn/dc para tipos de muestras comunes en varios solventes se puede encontrar convenientemente en esta publicación de blog anterior.
¿Por qué es importante el dn/dc?
Como se insinuó anteriormente, al analizar muestras usando un sistema GPC/SEC con detectores avanzados, conocer la concentración exacta de la muestra en cada rebanada de datos es crítico. El cálculo de todos los parámetros moleculares a partir de los detectores de dispersión de luz, viscosímetro y UV depende de conocer la concentración de la muestra, como se indica en las ecuaciones a continuación. Cuando se conoce el valor de dn/dc, se puede analizar una muestra de concentración desconocida y la señal de IR se puede usar para determinar la concentración. Esta concentración se aplica luego a las otras ecuaciones de los detectores, permitiendo el cálculo del peso molecular, IV y otras propiedades relacionadas. En última instancia, el valor de dn/dc es importante porque es el enlace que traduce la señal bruta de IR a la concentración de la muestra.
Aprovechando la relación directa entre concentración y valor de dn/dc, hay una manera de usar el software OMNISEC para calcular fácilmente un valor de dn/dc desconocido. El único requisito es que la muestra sea completamente soluble en el solvente de disolución y la fase móvil para que la concentración de entrada corresponda a la masa de la muestra observada por los detectores. El software asumirá una recuperación del 100% de la muestra y, al conocer la concentración de entrada y el volumen de inyección, relacionará la cantidad de masa inyectada en el sistema con la señal de IR observada. Ya que en este caso se conoce la concentración, el único parámetro desconocido en la ecuación de IR mencionada anteriormente es el valor de dn/dc, que el software calculará y mostrará. Una versión más completa de este enfoque es analizar una serie de diluciones de una muestra y obtener el valor de dn/dc de la relación entre la respuesta de IR y las diferentes concentraciones de muestra. Sin embargo, estos métodos fallan cuando la concentración o pureza de la muestra no es conocida, la muestra no está completamente soluble o cualquier otra situación en la que no se pueda cumplir la suposición de una recuperación del 100%.
¿Cuáles son los efectos del dn/dc?
Además de ser vital para calcular los datos de caracterización de su muestra, el valor de dn/dc puede afectar sus datos brutos de maneras que quizás no se dé cuenta. La primera forma se tocó anteriormente, en que la magnitud del valor de dn/dc afectará la altura y el área del pico. También se mencionó la situación en la que el dn/dc de una muestra es cero, resultando en ningún pico de muestra. Si bien la mayoría de las muestras tienen valores de dn/dc positivos, en los cuales su índice de refracción es mayor que el de la fase móvil, produciendo un pico de muestra positivo, ese no es siempre el caso. Hay algunas combinaciones muestra-solvente que conducen a un valor de dn/dc negativo para la muestra, siendo el más común los poliolefines en 1,2,4-triclorobenceno (TCB). Esto conduce a cromatogramas que parece que el pico de IR presenta un pico negativo mientras que los otros detectores presentan picos positivos. Si se encuentra con una muestra como esta, no hay necesidad de preocuparse: el software puede manejar picos de IR negativos tan fácilmente como los positivos.
Más comunes que los picos de muestra negativos son los picos de solvente negativos. Estos suelen aparecer en el volumen muerto de la columna al final de un análisis. El pico negativo entre 32-33 mL en el cromatograma anterior es un ejemplo de esto. Las diferencias entre el solvente de disolución y la fase móvil producirán cualquier número de picos positivos y/o negativos en esta región. Debido a la sensibilidad del detector de IR, estas diferencias de dn/dc pueden ser tan ligeras como la cantidad de humedad absorbida por la fase móvil frente al solvente de disolución, la presencia de sal en uno u otro, o incluso el uso de dos botellas diferentes del mismo solvente comercial. La buena noticia es que mientras estén resueltos del pico de muestra, no afectan el proceso de análisis de datos en absoluto.
Si se refiere a la lista de ecuaciones de respuesta del detector, verá que el valor de dn/dc también está incluido en la ecuación de dispersión de luz. Aunque el factor principal que afecta la respuesta de dispersión de luz es el peso molecular de una muestra, hay un elemento de índice de refracción involucrado. Ya hemos discutido cómo una muestra con un valor de dn/dc de cero no producirá una señal de IR; tampoco producirá una señal de dispersión de luz. Y dado que el término dn/dc en la ecuación de dispersión de luz está al cuadrado, a veces las muestras con valores bajos de dn/dc son difíciles de observar.
Todo esto es para decir que al analizar una muestra usando un sistema GPC/SEC con detectores avanzados, el conocimiento del valor de dn/dc es primordial. El dn/dc afecta los datos brutos de la muestra en términos de la magnitud de las respuestas de la señal de IR y dispersión de luz, a si la muestra produce un pico positivo o negativo, e influye en la colección de picos que eluyen en el volumen muerto del conjunto de columnas. Al analizar datos, el valor de dn/dc ofrece una forma de determinar la concentración exacta de la muestra en cada rebanada de datos recolectada, que luego se puede usar para calcular peso molecular absoluto, viscosidad intrínseca y otras propiedades moleculares.
Con suerte, ahora tiene una mejor idea de qué es un valor de dn/dc y el papel importante que desempeña en la obtención de datos de caracterización precisos de GPC/SEC.
Contenido relacionado:
Este artículo puede haber sido traducido automáticamente.
{{ product.product_name }}
{{ product.product_strapline }}
{{ product.product_lede }}
