通过 GPC-PDA 的高分子共混物分析

概述 

 高分子是由分子单元的重复构成的巨分子。由于聚合反应的本质，高分子具有以流变性质如强度、柔韧性、硬度等定义的分子量分布。化学耐性、溶解性、密度、透过性等重要的物理性质主要是高分子重复单元的功能。 

 定义分子量分布的三种类型是数均分子量Mn、重均分子量Mw和z均分子量Mz。高分子的分子量分布通过Mw/Mn定义。散装高分子可以由于分子量而具有不同的特性。然而，即使是拥有相同平均分子量的高分子，其特性也可以因分子量分布而变化。

 高分子共混物用于优化散装高分子样品的物理和流变特性。这对特征化分子量和分散性以特征化高分子成分比例至关重要。溶液中高分子的分析方法之一是称为尺寸排阻色谱（SEC）的凝胶渗透色谱（GPC）。

 Viscotek生产高质量色谱，这对于GPC数据的准确性是一个前提条件。高质量色谱的定义是样品纯化了硬脂酸且在柱中没有过载。

 最近的工作涉及光二极管阵列（PDA）的发展，该PDA可以作为诊断工具检测到多个应用领域，包括纤维、有机电子学、生物制药应用。

实验

 制备了5%聚苯乙烯（PS）与95%聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的共混物。浓度用重量百分比记录。每个样品经过重复注射，注射体积为100μL进行分析。总样品浓度为2 mg/ml。流动相为THF，流速为1 mL/min。柱和检测器的温度为30°C以获得最佳重现性。为了达到目标结果，使用了ViscoGEL I系列(IMBHMW-3078)色谱柱。

一般情况下，GPC中的浓度是用RI检测器测量的，但在本次笔记中，为了确保从共混物中找到高分子，使用了光二极管阵列（PDA）来分析不同的吸收谱。

结果

 表1 显示了使用Viscotek的四重检测平台的典型色谱图。在RI和粘度计响应时，它们未能清晰地显示出两种组成成分的存在，而光散射检测器在色谱图的高分子量端显示出小肩峰。然而，没有明确的迹象显示样品基质具有两个组分。这种人为的缺陷是由于聚集、混合等原因造成的。使用Viscotek的PDA检测器可以清楚地区分两个组分。

图2 显示了237和261nm两个不同波长的UV吸收色谱图。由于PDA同时记录所有波长，因此观察到了PMMA（237nm）和PS（261nm）的吸收。虽然可能存在争议，但通过双波长UVvis检测器也可以获得相同结果。然而，吸收波长需要事先测知。这仅当检测到两个吸收带，或没有单体，且低分子量高分子或杂质在UVvis吸收谱中相互作用时出现在测量中。使用PDA可以更容易寻找共混物中的其他高分子。从图2的定性分析中可以明显看到PS组分先于PMMA组分洗脱，因此比PMMA要更大。

OmniSEC软件提供了多种可视化和评估PDA数据的方法。图3通过比较保留时间和吸收波长，显示了等高线图。这直接显示了样品基质中存在两个高分子碎片。这个结论是基于两个主要吸收峰的存在。每个吸收峰具有不同的最大波长和强度，显示出不同的保留时间。正如表1中显示的那样，这些值在RI、LS和粘度计色谱图中是不可能实现的。

图2中显示的237和261nm的两个波长同样通过图3中展示的等高线图来表示。这提供了理想吸收与时间的相关性概述，并使波长选择非常简单。

通过扩展Z轴的等高线图，3D图可以从任何角度用户自己分析。这清楚地表明了样品中有两个成分。副产物或低分子量的未反应初始物质也在色谱图的末端（长保留时间）显现。这对于聚合物优化研究的定性分析是有用的。（图4）

在高分子聚合法的定义中，Viscotek的PDA 是最有用和重要的诊断工具之一，它提供了通过UV-vis吸收来比较样品分子量的功能。（图5） 此色谱图中测量了PMMA:PS（30:70）的共混物。使用Viscotek的高级探测平台，可以得出绝对分子量分布。通过PDA数据的绘图比较，可以获得样品基质的吸收特征。图 5 显示，在共混物中，PMMA比PS表现出较低的分子量和更高的分散度（PDI）。

结论

 最后，通过PDA检测器和软件分析高分子共混物和组件的分析优势已被验证。PDA易于显示共混物，并通过灵活的波长选择功能，实现对纯聚合物和共混物的多功能分析和测量。