3 façons d’analyser les données GPC/SEC

Acquérir des données GPC/SEC de qualité n’est que la moitié de la bataille.  Une fois que les données sont entre vos mains, vous avez besoin d’un moyen de transformer ces chromatogrammes en valeurs numériques significatives, telles que la masse moléculaire.  Il existe plusieurs façons de le faire, en fonction de la combinaison de détecteurs dont vous disposez.  Cet article discutera des trois méthodes d’analyse des données GPC/SEC les plus courantes (toutes disponibles avec OMNISEC!) : la calibration conventionnelle, la calibration universelle et la multi-détection avec diffusion de la lumière. 

Pour une présentation vidéo incluant le matériel suivant (et plus encore!), veuillez consulter ma introduction au GPC/SEC en 30 minutes.

Calibration conventionnelle

La configuration GPC/SEC la plus simple est un système à détecteur unique, utilisant une pompe, un ensemble de colonnes, et soit un détecteur d’indice de réfraction (RI) soit UV.  Un de ces détecteurs est choisi car il réagit directement à la concentration de l’échantillon, ce qui est important pour calculer les moments de masse moléculaire, tels que Mw et Mn.  Pour obtenir des valeurs de masse moléculaire à partir d’une calibration conventionnelle (parfois appelée calibration de colonne), une série de standards bien caractérisés doit être utilisée.  Ces standards sont utilisés pour générer une courbe de calibration qui cartographie quelle masse moléculaire (masse moléculaire au pic ou Mp) correspond à chaque volume de rétention, comme illustré dans la figure ci-dessous.

Lorsque qu’un échantillon inconnu est analysé, le poids moléculaire de chaque tranche de données est déterminé en fonction de son volume de rétention et du poids moléculaire correspondant sur la courbe de calibration utilisée.  Étant donné que les valeurs de masse moléculaire obtenues à l’aide de la calibration conventionnelle dépendent des standards utilisés pour générer la courbe de calibration, les résultats pour un échantillon sont décrits comme des valeurs de poids moléculaire relatives.

L’avantage de la calibration conventionnelle est qu’elle constitue l’installation GPC/SEC la plus économique, avec le moins de composants et les calculs les plus simples.  L’inconvénient est que les valeurs de masse moléculaire obtenues pourraient ne pas refléter exactement vos échantillons si la structure moléculaire, et donc la forme et la taille de vos échantillons, est différente de celle de vos standards.  Et avec un système à détecteur unique, les données calculées pourraient ne pas représenter les caractéristiques réelles de votre échantillon et pourraient même induire votre recherche en erreur.  En d’autres termes, vous pourriez être en situation de ne pas savoir ce que vous ne savez pas ! 

Voyez la calibration conventionnelle en action avec OMNISEC!

Calibration universelle

L’ajout d’un détecteur viscosimétrique à un détecteur de concentration (souvent un détecteur RI) permet d’appliquer une courbe de calibration universelle à un échantillon inconnu.  En plus des moments de la masse moléculaire, d’autres paramètres moléculaires tels que la viscosité intrinsèque (IV), le rayon hydrodynamique (Rh) et les paramètres de Mark-Houwink peuvent être déterminés. 

La réponse du détecteur viscosimétrique est influencée par la structure moléculaire de l’échantillon ; plus spécifiquement sa forme en solution.  Par conséquent, la présence du viscosimètre permet de tenir compte des différences structurelles entre les standards utilisés pour générer la courbe de calibration et les échantillons en analyse, fournissant ainsi des données plus précises que celles obtenues par calibration conventionnelle.

En 1967, Benoit et. al. ont utilisé la relation entre le volume hydrodynamique, le poids moléculaire et la viscosité intrinsèque (équation ci-dessus) pour montrer que la courbe de calibration pour des polymères de différents types peut fusionner en une seule courbe de calibration.  Rappelons que le GPC/SEC sépare en fonction de la taille moléculaire, ou du volume hydrodynamique.  Par conséquent, si nous considérons le volume d’élution comme étant essentiellement le volume hydrodynamique, nous pouvons tracer le poids moléculaire fois la viscosité intrinsèque contre le volume hydrodynamique.  Cela signifie que tous les polymères, quelle que soit leur structure et forme, se trouveront sur la même courbe de calibration, universelle, comme montré dans l’image ci-dessous.

L’avantage de la calibration universelle est que vous pouvez obtenir des valeurs de masse moléculaire précises pour vos échantillons quel que soit les standards dont vous disposez.  De plus, l’inclusion d’un détecteur viscosimétrique offre plus de données de caractérisation, y compris IV, Rh et les paramètres de Mark-Houwink.

Cependant, même si l’identité des standards n’a pas d’importance, une courbe de calibration est toujours requise et donc chaque système GPC/SEC aura une courbe de calibration unique.  Des paramètres tels que les colonnes, la phase mobile, le débit et la température affecteront toujours la courbe de calibration résultante.

Voyez la calibration universelle en action avec OMNISEC!

Analyse multi-détecteurs avec diffusion de la lumière

Parfois appelée Détection Triple, Détection Avancée, SEC-MALS, entre autres, cette méthode utilise un détecteur de diffusion de la lumière en combinaison avec un détecteur de concentration, au minimum, pour calculer une masse moléculaire absolue.  Cela fonctionne car l’intensité de la lumière diffusée est liée à la masse moléculaire d’un échantillon.  Des détecteurs viscosimétriques et/ou UV-Vis sont fréquemment ajoutés pour créer un outil analytique multi-détecteurs puissant. 

Comme détaillé dans cet article sur le GPC/SEC multi-détecteurs, chaque détecteur réagit à un aspect différent de l’échantillon, ce qui permet le calcul de la masse moléculaire absolue (précise et non dépendante d’une courbe de calibration), IV, Rh, Rg, paramètres de Mark-Houwink, concentration, et potentiellement des données de ramification et d’analyse de composition.  Les équations régissant la réponse de chaque détecteur sont présentées ci-dessous.

En plus de fournir une masse moléculaire absolue, l’analyse multi-détecteurs avec un détecteur de diffusion de la lumière présente l’avantage de ne pas reposer sur une courbe de calibration.  Le processus de calibration simple implique de utiliser un seul standard étroit, aussi souvent que vous jugez nécessaire.  Nous recommandons de vérifier la calibration avec un standard de vérification… mais c’est tout! 

Une fois que vous avez une méthode calibrée, le calcul des données pour vos échantillons est facile – découvrez-le avec OMNISEC dans la vidéo ci-dessous!

Réflexions finales

En conclusion, j’espère que cet article vous aidera à différencier les trois méthodes d’analyse courantes disponibles pour les données GPC/SEC.  Il y a des avantages à chacune d’elles, mais la précision et la commodité de la multi-détection avec diffusion de la lumière la distinguent des autres en tant que méthode idéale pour analyser les données GPC/SEC.  Si vous avez des questions, n’hésitez pas à nous contacter ou me contacter directement par email à kyle.williams@malvernpanalytical.com.

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