Gélkromatográfia. A GPC alaprendszerei

Gélkromatográfia mint módszer a molekulatömeg meghatározására

Gélpermeációs kromatográfia egy oszlopos frakcionálási módszer, amelyben az elválasztás a molekulaszita elve szerint történik. Ezt az elvet már az 1950-es évek elején ismerték, de csak azután ismerték fel és alkalmazták széles körben a tudományos kutatásban, hogy Porat és Flodin újra felfedezte és széles körben alkalmazta ezt a módszert. Ettől a pillanattól kezdve 1964-ig több mint 300 közlemény jelent meg erről az új frakcionálási módszerről.

Gélszűrés vagy méretkizárásos kromatográfia(szita, gélpermeáció, gélszűrős kromatográfia) - a kromatográfia egy fajtája, melynek során az anyagok molekulái méretben szétválnak, mivel eltérő képességük van behatolni az állófázis pórusaiba. Ebben az esetben a legnagyobb (nagyobb molekulatömegű) molekulák, amelyek az állófázis minimális számú pórusaiba képesek behatolni, elsőként hagyják el az oszlopot. A kis molekulaméretű anyagok, amelyek szabadon behatolnak a pórusokba, utoljára kerülnek ki. Az adszorpciós kromatográfiával ellentétben a gélszűrésnél az állófázis kémiailag inert marad, és nem lép kölcsönhatásba az elválasztandó anyagokkal. Az állófázis a szorbens folyadékkal töltött pórusai. Ennek a fázisnak az átlagos mozgási sebessége az oszlop tengelye mentén nullával egyenlő. Az analit az oszlop tengelye mentén mozog, együtt mozog a mozgó fázissal, és időnként megáll, amikor az állófázisba lép. A molekulák résszerű pórusokban állnak meg, amelyek mérete nagyságrendileg megfelel a makromolekulák méretének.

A méretkizárásos kromatográfiában az oldatban nagy molekulák vagy egyáltalán nem, vagy csak a szorbens (gél) pórusainak egy részét hatolják be, és hamarabb kimosódnak az oszlopból, mint a kis molekulák. A szorbens makromolekulák és pórusok effektív méretének aránya határozza meg a Kd eloszlási együtthatót, amely meghatározza a VR komponens retenciós térfogatát az oszlopban:

Egy makromolekula effektív mérete méretkizárásos kromatográfiában annak R hidrodinamikai sugara, amely a polimer M molekulatömegével együtt meghatározza a polimer belső viszkozitását. A VR univerzális kalibrációs függését a szorzattól / (2) egyenlettől először G. Benois állapította meg kísérletileg, ez a következő alakban van (1. ábra):

ahol A és B állandók. A (2) egyenlet ugyanúgy érvényes lineáris és elágazó polimerekre, blokk- és ojtott kopolimerekre, valamint oligomerekre.

Rizs. egy.

molekulaméret-kizárásos kromatográfia

A V 0-tól V T-ig terjedő tartományban (az oldószer és egy bizonyos méret alatti molekulák számára rendelkezésre álló oszloptérfogat, ami M min-nek felel meg) a működési függés lineáris (kvázi-lineáris) jellegű. Megfelelő térfogatok V 0 és V T mol. tömegek jelentik a kizárási határokat - M max (nagy molekulák, nem hatolnak be a szorbens pórusaiba) és M min, (a molekulák kicsik, teljesen behatolnak a szorbens pórusaiba). Az azonos méretű pórusokkal rendelkező szorbensek elméletileg képesek a makromolekulák szétválasztására a kereskedelmi szorbensek által jellemzett határokon belül. A nagy M-tartományban lévő makromolekulák elválasztásához bimodális és trimodális pórusméret-eloszlású szorbensekre van szükség, amelyek lineáris mol-t biztosítanak. tömegkalibrációs függés a М = 10 tartományban 2,5 - 10 6,5 . A maximális szelektivitás a szorbens pórusterének térfogatának növelésével érhető el a bimodális és trimodális szorbensek esetében, valamint az optimális pórusméret-eloszlás. Fontos, hogy makromolekulák keverékének szétválasztásakor azok legnagyobb és legkisebb M értéke az adott szorbensre jellemző M MIN - M MAX határain belül legyen.

A méretkizárásos kromatográfia mechanizmusa. A méretkizárásos kromatográfiát (SEC) vagy gélpermeációs kromatográfiát (GPC, Gel Permeation Chromatography, GPC) akkor valósítjuk meg, ha a pórusokban lévő makromolekulák viselkedését a szabad energia entrópiakomponense határozza meg, és az energiakomponens ehhez képest kicsi. Ebben az esetben az eloszlási együttható exponenciálisan függ a makromolekula méretének és a pórusméretnek az arányától. A p-re-ben lévő makromolekulák statisztikai jellegűek. együttes (statisztikai gubanc). Eloszlásukat a porózus szorbens és az oldat között a Gibbs-energia változása szabályozza a makromolekula oldatból a pórusokba való átmenete során: hol van a makromolekula entalpiájának a kölcsönhatás miatti változása. szegmensei a szorbens felületével (gélmátrix); - az entrópia csökkenése a makromolekula oldatból a pórusokba való átmenete során; T - abs. t-ra. A makromolekulák szétválása kizárásos módban történik, amikor a makromolekulák és pórusok méretének arányától függő K d kisebb, mint 1. A méret szempontjából nemkívánatos ionkizárás és ioncserélő szorpciós jelenségek visszaszorítása kizárásos kromatográfiával a szorbensek felületét módosítják (semleges töltést adva pH > 4-nél), növelik az oldószer ionerősségét, gyengítve a Coulomb-kölcsönhatásokat, szerves oldószereket adnak hozzá, ezáltal eltolják a polielektrolit vagy az izoelektromos pK értékét. poliamfolitok pontja. Másrészt az ioncserélő szorpció és ionkizárás felhasználható az azonos méretű semleges makromolekulák, polianionok és polikationok elkülönítésére. Mivel a polielektrolitok disszociációja oldataik hígulásával növekszik, a méretkizárásos kromatográfia során a kromatográfiás oszlop szélein lévő makromolekulák, ahol alacsony a koncentrációjuk, disszociálnak, és nem a méretkizárásos kromatográfia törvényei szerint mozognak az oszlop mentén. az ioncsere szorpció és ionkizárás törvényeihez, a szorbens felület és a makromolekulák töltésétől függően, ami a V és M függésének görbéjének alakjának torzulásához vezet (2. ábra), és egyben azt is teszi. lehetséges diagnosztizálni egyik vagy másik folyamat jelenlétét.

Rizs. 2. Semleges makromolekulák (a) és polielektrolitok méretkizárásos kromatográfiája: ionkizárás (b), ioncserélő szorpció (c)

Az ioncserélő szorpcióhoz hasonló hatások, de csak kisebb mértékben figyelhetők meg makromolekuláris szegmensek hidrofób kölcsönhatásai során hidrofób gyökök által módosított szorbens felülettel, vagy felületi szilanol-hidroxicsoportok és poláris makromolekulák funkciós csoportjainak elektrosztatikus kölcsönhatásai során. Mindezeket a hatásokat méretkizárásos kromatográfiával kell elnyomni.

Bármely polimer molekulatömeg szerinti elemzéséhez ki kell választani egy megfelelő pórusméretű oszlopot vagy különböző pórusú oszlopokat, vagy olyan oszlopot kell használni, amely különböző pórusú szorbensek keverékét tartalmazza (az adott példában a Lineáris oszlop). . Természetesen ahhoz, hogy a GPC módszert az MWD elemzésére használhassuk, feltételeket kell teremteni az elválasztás kizárási mechanizmusának megvalósításához, amit nem nehezítenek meg a középső és a terminális linkek kölcsönhatásának hatásai. lánc. A nem poláris oldószerből származó adszorpciós kölcsönhatásról vagy a nem poláris láncfragmensek fordított fázisú kölcsönhatásáról beszélünk hidrofil polimerek vizes közegben végzett kromatográfiája során. Ezenkívül az ionizált csoportokat tartalmazó vízoldható polimerek erős elektrosztatikus kölcsönhatásra képesek, és különösen gondos kromatográfiás körülményeket igényelnek. A feltételek kiválasztása magában foglalja a kémiai szerkezet szempontjából egy adott elemzéshez alkalmas szorbens és oldószer (eluens) kiválasztását.

Méretkizárásos kromatográfiás technika. A makromolekulák méretkizárásos kromatográfiás elválasztására kétféle oszlopot használnak: szűk = 10 2) és széles (= 10 4 - 10 5) tartományban működő oszlopokat. A széles M tartománnyal rendelkező oszlopok széles szorbens pórusméret-eloszlással rendelkeznek (bimodális, trimodális). Ezt az eloszlást úgy választjuk meg, hogy a kalibrációs móltömeg-függés és a tömegtartomány adott fokú linearitása esetén a legnagyobb szelektivitást biztosítsuk. A méretkizárásos kromatográfiát kromatográfiával végezzük, a detektor spektrofotométer vagy áramlási refraktométer, 5 x 10 -8 egység érzékenységi határral. fénytörés, ami 5-10 -5%-os polimerkoncentrációnak felel meg. A műszer jellemzően szobahőmérsékleten működik, azonban a poliolefin méretkizárásos kromatográfia magasabb hőmérsékletet igényel, ami a mozgófázis viszkozitásának csökkenése miatt növeli az elválasztási szelektivitást, az oszlop hatékonyságát és az analízis sebességét. A modern kromatográfok fel vannak szerelve automatikus előkészítő (polimer oldás, oldatszűrés) és mintainjektáló berendezéssel, az MMP analízis eredményeit értelmező számítógéppel. A törésmutató detektor és a fotométer kombinációjának alkalmazása lehetővé teszi az MWD és az elágazási indexek meghatározását anélkül, hogy a kromatográfot a polimer szabványok szerint kalibrálnák. A fehérjék gélszűrése során intézkedéseket kell hozni a szorbensre való adszorpció és a denaturáció megakadályozására. Ellentétben a szintetikus polimerek és oligomerek méretkizárásos kromatográfiájával, amelyet elsősorban analitikai célokra használnak, a fehérje gélszűrés az egyik legfontosabb módszer izolálásukra és tisztításukra.

A méretkizárásos kromatográfia makropórusos szervetlen vagy polimer szorbenseket használ. Poláris polimerek méretkizárásos kromatográfiájához a szervetlen szorbenseket (szilikagélek és makroporózus üvegek) szerves szilícium gyökökkel, a hidrofil polimerek méretkizárásos kromatográfiájához pedig hidrofil csoportokkal módosítják. A polimer szorbensek közül a sztirol-divinil-benzol szorbensek a leggyakoribbak (nagy polimerek és oligomerek méretkizárásos kromatográfiájára). Biopolimerek gélszűrésére elsősorban fehérjéket, hidrofil polimer szorbenseket (sefadexek - térhálós dextránok, valamint poliakrilamid gélek) vagy poliszacharidokkal módosított makropórusos szilikagéleket használnak.

A méretkizárásos kromatográfiát hatékonyan alkalmazzák új polimerek kifejlesztésében, az előállításukra szolgáló technológiai eljárásokban, a gyártásellenőrzésben és a polimerek szabványosításában. A méretkizárásos kromatográfiát a polimerek MWD-jének elemzésére, valamint a polimerek, köztük a biopolimerek kutatására, izolálására és tisztítására használják.

A méretkizárásos kromatográfia a folyadékkromatográfia egy olyan változata, amelyben a szétválás a szorbens pórusaiban lévő oldószer és a részecskéi között áramló oldószer közötti molekulák eloszlása ​​miatt következik be, azaz. az állófázis porózus test vagy gél, az anyagok eltérő visszatartása pedig az anyagmolekulák méretének, alakjának és az állófázis pórusaiba való behatolási képességének különbségéből adódik. A módszer neve a folyamat mechanizmusát tükrözi, az angol kifejezésből "Méret kizárása", méret kivételt jelöl. Gélpermeációs kromatográfia (GPC) egy méretkizárásos kromatográfia, amelyben egy gél szolgál állófázisként.

Ellentétben a HPLC más változataival, ahol a szétválás a komponensek és a szorbens felületének eltérő kölcsönhatása miatt megy végbe, a szilárd töltőanyag szerepe a méretkizárásos kromatográfiában csak az, hogy meghatározott méretű pórusokat képezzen, az állófázis pedig olyan oldószer, kitölti ezeket a pórusokat.

A módszer fő jellemzője, hogy az oldatban szinte bármilyen molekulatömegű - 10 2 és 10 8 közötti - molekulák méretük szerint szétválaszthatók, ami nélkülözhetetlenné teszi a szintetikus makromolekuláris anyagok és biopolimerek vizsgálatához.

Vegye figyelembe a módszer alapelveit. A kizáró oszlop térfogata három tag összegeként fejezhető ki:

V c \u003d V m+V én+ Vd,

ahol v m- holttérfogat (oldószer térfogata a szorbens részecskék között, más szóval a mozgófázis térfogata); V én az oldószer által elfoglalt pórusok térfogata (az állófázis térfogata); V d a szorbens mátrix térfogata, a pórusok nélkül. A V t oszlopban lévő oldószer teljes térfogata a mozgó és állófázis térfogatának összege:

V t = V m+V én .

A molekulák méretkizárásos oszlopban való visszatartását a pórusokba való diffúzió valószínűsége határozza meg, és főként a molekulák és a pórusok méretének arányától függ. A K d eloszlási együttható, mint a folyadékkromatográfia más változataiban, az anyag koncentrációjának aránya az álló és a mozgó fázisban:

K d = C 1 / C 0

Mivel a mozgó és az állófázis azonos összetételű, akkor egy olyan anyag K d értéke, amelyhez mindkét fázis egyformán hozzáférhető, eggyel egyenlő. Ez a helyzet a legkisebb molekuláknál valósul meg (beleértve az oldószermolekulákat is), amelyek minden pórusba behatolnak, és ezért a leglassabban haladnak át az oszlopon. A visszatartott térfogatuk megegyezik a V t összes oldószertérfogattal. A szorbens pórusméreténél nagyobb molekula nem tud beléjük kerülni (teljes kizárás), és áthalad a részecskék közötti csatornákon. Az oszlopról az V mozgófázis térfogatával azonos retenciós térfogattal eluálódnak m. Ezeknek a molekuláknak a megoszlási együtthatója nulla.

A minta elválasztásának és kimutatásának elve méretkizárásos kromatográfiában.
A - minta bemenet; B - méret szerinti felosztás; C - nagy makromolekulák hozama;
D a kis makromolekulák hozama.

A retenciós térfogat és a minta molekulatömege (vagy molekulamérete) közötti összefüggést egy részleges kalibrációs görbe írja le, pl. minden egyes szorbenst egy saját kalibrációs görbe jellemez, amely szerint megbecsülik a rajta elválasztott molekulatömegek területét. Az A pont az V oszlop kizárási határának vagy holttérfogatának felel meg m. Minden molekula, amelynek tömege nagyobb, mint az A pontban, egyetlen csúccsal eluálódik, amelynek retenciós térfogata V m. A B pont tükrözi a permeációs határt, és minden molekula, amelynek tömege kisebb, mint B pont, szintén egyetlen csúcsként hagyja el az oszlopot V t retenciós térfogattal. Az A és B pontok között a szelektív elválasztás tartománya. A megfelelő kötet

V én= V t - V m

általában az oszlop munkatérfogatának nevezik. A CD szegmens egy V R - koordinátákkal felépített részleges kalibrációs görbe lineáris szakasza. lg M. Ezt a szakaszt az egyenlet írja le

V R \u003d C 1 - C 2 lg M ,

ahol C 1 a CD szakasz folytatása által az y tengelyen levágott szakasz, C 2 a szakasz y tengelyhez viszonyított dőlésszögének érintője. A C 2 értékét az oszlop elválasztási kapacitásának nevezzük, ezt a molekulatömeg változásának egy nagyságrendjére eső oldószer milliliterek számában fejezzük ki. Minél nagyobb az elválasztási kapacitás, annál szelektívebb az elválasztás egy adott tömegtartományban. A kalibrációs görbe nemlineáris tartományaiban (AC és BD szakaszok) a C 2 csökkenése miatt a frakcionálás hatékonysága markánsan csökken. Ezen túlmenően, a nem lineáris kapcsolat között lg Az M és V R jelentősen megnehezíti az adatfeldolgozást és csökkenti az eredmények pontosságát. Ezért hajlamosak vagyunk egy oszlopot (vagy oszlopkészletet) úgy választani, hogy az elemzett polimer elválasztása a kalibrációs görbe lineáris szakaszán belül történjen.

Ha bármely anyag V t -nál nagyobb visszatartott térfogattal eluálódik, akkor ez más elválasztási mechanizmusok (leggyakrabban adszorpció) megnyilvánulását jelzi. Az adszorpciós hatások általában merev szorbenseken jelentkeznek, de néha félmerev géleken is megfigyelhetők, nyilvánvalóan a gélmátrix iránti fokozott affinitás miatt. Ilyen például az aromás vegyületek adszorpciója sztirol-divinil-benzol géleken.

Nyilvánvalóan a polimer-szorbens-oldószer rendszer kölcsönhatási paramétereinek megváltoztatásával át lehet váltani az adszorpciós mechanizmusról a kizáró mechanizmusra és fordítva. Általában a méretkizárásos kromatográfia hajlamos teljesen elnyomni az adszorpciót és más mellékhatásokat, mivel ezek, különösen a polimerek molekulatömeg-eloszlásának (MWD) vizsgálatakor, jelentősen torzíthatják az analízis eredményeit. Az egyik zavaró tényező a kromatográfia hidrodinamikus módja, amelyben az állófázis szerepét az oszlop (csatorna) falai játsszák, és az áramlási sebességek különbsége miatt makromolekulák vagy részecskék keveréke válik szét. a mozgófázis tengelye mentén és falai közelében, valamint az elválasztandó részecskék méretük szerinti keresztmetszeti csatornákon való eloszlása ​​miatt.

A méretkizárásos kromatográfia alapvető különbségei a többi lehetőségtől az a priori ismert analízis időtartama egy adott rendszerben, a komponensek elúciós sorrendjének előrejelzésének lehetősége molekuláik mérete alapján, megközelítőleg azonos csúcsszélesség a teljes felületen. a szelektív elválasztás tartománya, és az összes mintakomponens hozamába vetett bizalom meglehetősen rövid idő alatt, a V t térfogatnak megfelelően. Ezt a módszert elsősorban polimerek MWD vizsgálatára és biológiai eredetű makromolekulák (fehérjék, nukleinsavak stb.) analízisére alkalmazzák, de ezek a tulajdonságok rendkívül ígéretessé teszik a polimerek kis molekulatömegű szennyeződéseinek és a ismeretlen összetételű minták előzetes szétválasztása. Ez az információ nagyban megkönnyíti egy adott minta elemzéséhez a legjobb HPLC-opció kiválasztását. Ezenkívül a mikropreparátum méretkizárásos elválasztását gyakran alkalmazzák az összetett keverékek különböző típusú HPLC-k kombinációjával történő elválasztásának első lépéseként.

A polimer méretkizárásos kromatográfiában a legszigorúbb követelmények a mozgófázis áramlásának stabilitására vonatkoznak. A polimer méretkizárásos kromatográfia eredményeinek pontossága jelentősen függ a hőmérséklettől. Ha 10°C-kal változik, az átlagos molekulatömeg meghatározásának hibája meghaladja a ±10%-ot. Ezért a HPLC ezen változatában az elválasztórendszer hőmérséklet-szabályozása kötelező. Általában elegendő a ±1°C-os hőmérséklet tartásának pontossága 80-100°C-ig. Egyes esetekben, például a polietilén és a polipropilén elemzésénél, az üzemi hőmérséklet 135-150 °C. A polimer méretkizárásos kromatográfiában a leggyakoribb detektor a differenciál refraktométer.

Egy adott analitikai probléma megoldásához optimális feltételeket biztosító szorbensek kiválasztása több lépésben történik. A gélmátrixnak kémiailag inertnek kell lennie, pl. a méretkizárásos kromatográfia során a szétválasztott makromolekulák kémiai megkötése nem következhet be. A mátrixszal érintkező fehérjék, enzimek, nukleinsavak szétválasztásakor ezek denaturációja nem következhet be. Kezdetben az elemzett anyagok kémiai összetételére vagy oldhatóságára vonatkozó adatok alapján határozzák meg, hogy az eljárás melyik változatát kell alkalmazni - vizes rendszerekben vagy szerves oldószerekben végzett kromatográfiát, amely nagymértékben meghatározza a szükséges szorbens típusát. Az alacsony és közepes polaritású anyagok szerves oldószerekben történő szétválasztása sikeresen elvégezhető félmerev és merev gélen egyaránt. A poláros csoportokat tartalmazó hidrofób polimerek MWD vizsgálatát gyakrabban sztirol-divinil-benzol gél oszlopokon végzik, mivel ebben az esetben gyakorlatilag nem jelentkeznek adszorpciós hatások, és nincs szükség módosítószerek hozzáadása a mozgófázishoz, ami nagyban leegyszerűsíti az előkészítést. és az oldószer regenerálása.

A vizes rendszerekben végzett munkához főként merev szorbenseket használnak; néha nagyon jó eredményeket lehet elérni speciális típusú félkemény gélekkel. Ezután a kalibrációs görbék vagy a frakcionálási tartomány adatai szerint a kívánt porozitású szorbenst választják ki, figyelembe véve a minta molekulatömegére vonatkozó rendelkezésre álló információkat. Ha a vizsgált keverék molekulatömegükben legfeljebb 2-2,5 nagyságrenddel eltérõ anyagokat tartalmaz, akkor általában azonos pórusméretû oszlopokon lehet szétválasztani. Szélesebb tömegtartományhoz több oszlopból álló készleteket kell használni, különböző porozitású szorbensekkel. A hozzávetőleges kalibrációs függést ebben az esetben az egyes szorbensek görbéinek összeadásával kapjuk.

A méretkizárásos kromatográfiában használt oldószereknek meg kell felelniük a következő alapvető követelményeknek:

1) teljesen feloldja a mintát az elválasztási hőmérsékleten;

2) nedvesítse a szorbens felületét, és ne rontsa az oszlop hatékonyságát;

3) megakadályozza az elválasztandó anyagok adszorpcióját (és egyéb kölcsönhatásait) a szorbens felületével;

4) a lehető legmagasabb észlelési érzékenységet kell biztosítania;

5) alacsony viszkozitású és toxicitású.

Emellett a polimerek elemzésénél az oldószer termodinamikai minősége is lényeges: nagyon kívánatos, hogy az elválasztandó polimer és a gélmátrix tekintetében "jó" legyen, pl. koncentrációhatások voltak a legkifejezettebbek.

Polietilénglikol oligomerek kromatogramja, 2 (600x7,5) mm-es kompozit oszlopon, TSK gel G2000PW, PF 0,05 M NaCl oldattal, áramlási sebesség 1 ml/perc, nyomás 2 MPa, hőmérséklet 40 °C, refraktometriás detektor.

Általában a minta oldhatósága a fő korlátozó tényező, amely korlátozza a megfelelő mozgófázisok tartományát. A szintetikus polimerek méretkizárásos kromatográfiájához a tulajdonságok összességét tekintve a legjobb szerves oldószer a THF. Egyedülálló oldóképességgel, alacsony viszkozitással és toxicitással rendelkezik, jobban kompatibilis a sztirol-divinil-benzol gélekkel, mint sok más oldószer, és általában magas érzékelési érzékenységet biztosít refraktométer vagy UV-detektor használatakor 220 nm-ig. Erősen poláris és tetrahidrofuránban oldhatatlan polimerek (poliamidok, poliakrilnitril, polietilén-tereftalát, poliuretánok stb.) analízisére általában dimetil-formamidot vagy μ-krezolt használnak, valamint alacsony polaritású polimerek, például különféle gumik és polisziloxánok elválasztására, gyakran toluolban vagy kloroformban hajtják végre. Ez utóbbi az egyik legjobb oldószer az IR detektorral való munkavégzéshez is. ról ről-A diklór-benzolt és az 1,2,4-triklór-benzolt az egyébként oldhatatlan poliolefinek magas hőmérsékletű kromatográfiájára (általában 135 °C-on) használják. Ezeknek az oldószereknek nagyon magas a törésmutatója, ezért esetenként célszerű őket tetrahidrofurán helyett alkalmazni alacsony törésmutatójú polimerek elemzéséhez, ami javíthatja a refraktométeres detektálás érzékenységét.

Az oldószerek és a félmerev gélek oxidációjának megakadályozására magas hőmérsékletű méretkizárásos kromatográfiával, ról ről-diklór-benzol és 1,2,4-triklór-benzol antioxidánsokat adnak (ionol, santonox R stb.).

A merev szorbensek bármilyen pH-jú mozgófázissal kompatibilisek<8-8.5. При более высоких значениях рН силикагель начинает растворяться и колонка необратимо теряет эффективность. Стиролдивинилбензольные гели совместимы в основном с элюентами умеренной полярности. Для работы на колонках с μ-стирогелем (от 1000Å и выше) пригодны тетрагидрофуран, ароматические и хлорированные углеводороды, гексан, циклогексан, диоксан, трифторэтанол, гексафторпропанол и диметилформамид.

A gélrészecskék duzzadási foka különböző oldószerekben nem azonos, ezért az oszlopok eluensének ezekkel a szorbensekkel való helyettesítése a gél térfogatának változása és üregek kialakulása miatt a hatékonyság csökkenéséhez vezethet. Nem megfelelő oldószerek (aceton, alkoholok) használatakor a gél olyan erősen zsugorodik, hogy az oszlop reménytelenül megsérül. A kis pórusméretű szorbenseknél (például μ-styrogel 100E és 500E) ilyen zsugorodás figyelhető meg poláris és nem poláris oldószerekben is, ezért telített szénhidrogénekben, fluorozott alkoholokban és dimetil-formamidban sem használhatók. Egy kényelmes, bár nagyon költséges megoldás az, ha minden egyes oldószerhez külön oszlopkészletet használunk. Ebből a célból egyes cégek azonos pórusméretű oszlopokat gyártanak, amelyek különböző oldószerekkel – tetrahidrofuránnal, toluollal, kloroformmal és DMF-el – vannak feltöltve.

A makromolekulák szétválasztása során a sáv elkenődéséhez a fő hozzájárulást a gátolt tömegtranszfer határozza meg. Sajnos sok használt eluens nagy viszkozitású. A viszkozitás csökkentése (valamint az oldhatóság javítása) érdekében gyakran végeznek méretkizárásos kromatográfiát emelt hőmérsékleten, ami nagymértékben javítja a kromatográfiás rendszer hatékonyságát.

A legtöbb polimer elemzését merev gélen gyakran bonyolítja az adszorpciójuk. Az adszorpció visszaszorítására általában oldószereket használnak, amelyek erősebben adszorbeálódnak az oszlop töltetén, mint az analitok. Ha ez valamilyen oknál fogva nem lehetséges, akkor a mozgó fázist 0,1-2% poláris módosító, például tetrahidrofurán hozzáadásával módosítják. Sokkal erősebb módosítók az etilénglikol és a különböző molekulatömegű poliglikolok (PEG-200, PEG-400, carbovax 20 M). Néha, például a dimetil-formamidban lévő polisavak elemzésekor kellően erős savak hozzáadása szükséges. Meg kell jegyezni, hogy nem mindig lehet teljesen kiküszöbölni az adszorpciót módosítók hozzáadásával. Ilyen esetekben félkemény géleket kell használni. Egyes polimerek csak erősen poláros oldószerekben (aceton, dimetil-szulfoxid stb.) oldódnak jól, amelyek nem kompatibilisek a sztirol-divinil-benzol gélekkel. Merev szorbenseken történő szétválasztáskor az oldószert a fent vázolt általános elvek szerint kell megválasztani.

A vizes közegben végzett méretkizárásos kromatográfiának megvannak a maga jellegzetességei. A számos elkülöníthető rendszer (fehérjék, enzimek, poliszacharidok, polielektrolitok stb.) sajátosságai és a felhasznált szorbensek sokfélesége miatt a PF összetételében számos variáció létezik a különböző nemkívánatos hatások elnyomására. Szorbensként dextrán géleket (sephadexeket), poliakrilamidot, hidroxi-akril-metakrilát géleket, agaróz géleket stb. használnak. Az oldat ionerőssége. Minél alacsonyabb az oldat pH-értéke és ionerőssége, annál kedvezőbbek lesznek a makromolekulák kibontott konformációi (ún. polielektrolit duzzadás). Ebben az esetben az átlagos méretek nőnek, ami a retenciós térfogatok csökkenéséhez vezet a méretkizárásos kromatográfiás módban. A módosítás általános módjai a különféle sók hozzáadása, illetve bizonyos pH-értékű pufferoldatok alkalmazása. Különösen a pH fenntartása<4 дает возможность подавить слабую ионообменную активность силикагелей, обусловленную присутствием на их поверхности кислых силанольных групп. Требуемая ионная сила подвижной фазы достигается при концентрации буферного раствора 0,05-0,6М; оптимальную концентрацию подбирают экспериментально. Для предотвращения ионообменной сорбции катионных соединений наиболее часто используют такой активный модификатор, как тетраметиламмонийфосфат при рН=3. Однако при разделении некоторых белков могут проявляться гидрофобные взаимодействия, в свою очередь осложняющие эксклюзионный механизм разделения. Те же эффекты иногда проявляются и при работе с дезактивированными гидрофильными сорбентами. Для их устранения к растворителю добавляют метанол. Иногда в водную подвижную фазу вводят полярные органические растворители, полигликоли, кислоты, основания и поверхностно-активные вещества.

A méretkizárásos kromatográfia legfontosabb alkalmazási területe a makromolekuláris vegyületek vizsgálata. A szintetikus polimerek esetében ez a módszer rövid időn belül vezető pozícióba került molekulatömeg-jellemzőik meghatározásában, és intenzíven használják más típusú heterogenitások vizsgálatára is. A biopolimerek kémiájában a méretkizárásos kromatográfiát széles körben alkalmazzák makromolekulák frakcionálására és molekulatömegük meghatározására.

A nagy molekulatömegű szintetikus polimerek méretkizárásos kromatográfiájának alapvető jellemzője, hogy a keveréket nem lehet egyedi vegyületekre szétválasztani. Ezek az anyagok különböző polimerizációs fokú és ennek megfelelően eltérő M molekulatömegű polimer homológok keverékei. én. Az ilyen keverékek molekulatömege valamilyen átlagértékkel megbecsülhető, ami az átlagolás módszerétől függ. Az egyes M molekulatömegű molekulák tartalma én vagy a polimer molekulák teljes számában lévő számarányuk, vagy a teljes tömegük tömeghányada alapján határozható meg. A polimert jellemzően az ezekkel a módszerekkel kapott átlagértékekkel jellemezzük, amelyeket rendre M számátlagnak nevezünk. nés tömegátlag M w molekuláris tömeg. M értékek n adja meg például a krioszkópiát, az ozmometriát, az ebullioszkópiát és az M értékeit w- fényszórás és ultracentrifugálás.

Ha az M molekulatömegű molekulák számát jelöljük én N-en keresztül én, akkor a polimer teljes tömege kifejezhető Σ M én N én , az M tömegű molekulák számszerű hányada én N-en keresztül én / Σ N én és az M tömegű molekulák tömeghányada én- keresztül fén= M én N én / Σ M én N én . A teljes polimer tömeg ezen frakcióknak megfelelő részének meghatározásához ezeket meg kell szorozni M-vel én .

Az összes mennyiségre kapott értékek összegzésével megkapjuk az átlagos molekulatömegeket:

M n = Σ 1 /( fi/M én ) = (Σ M én N én )/(Σ N én )

M w = Σ M én fi = (Σ M én 2 N én )/(Σ M én N én )

M arány w>/M n jellemzi a polimer polidiszperzitását.

A gyakorlatban a polimerek molekulatömegét gyakran viszkozimetriával határozzák meg. Az átlagos viszkozitási molekulatömeget a Mark-Kuhn-Houwink egyenlet alapján határozzuk meg:

[η ] = K η / M η a

ahol [η] - belső viszkozitás; K η , és állandók egy adott polimer-oldószer rendszerre adott hőmérsékleten.

Az M η értéket az egyenlet írja le

M η = ( Σ M én a fi ) 1/a

Általános szabály, hogy az átlagos molekulatömegek kielégítik az egyenlőtlenséget

M w> M η > M n

A polimer mintát általában M értékkészlet jellemzi w, M η , M nés M w/M η , de ez nem biztos, hogy elég. Az MWD görbék adják a legteljesebb információt a minta molekulatömeg-inhomogenitására vonatkozóan. A kizárásos elválasztás során kapott tipikus kromatogram egy meglehetősen sima görbe egy vagy több maximummal. Ebből a görbéből a kalibrációs függés és a megfelelő számítások segítségével meghatározzák a polimer átlagos molekuláris jellemzőinek és MWD-jének értékeit differenciális vagy integrált formában.

méretkizárásos kromatográfia

Gélszűrés vagy méretkizárásos kromatográfia(szita, gélpermeáció, gélszűrős kromatográfia) - a kromatográfia egy fajtája, melynek során az anyagok molekulái méretben szétválnak, mivel eltérő képességük van behatolni az állófázis pórusaiba. Ebben az esetben a legnagyobb molekulák (nagyobb molekulatömeg), amelyek képesek az állófázis minimális számú pórusaiba behatolni, elsőként hagyják el az oszlopot. A kis molekulaméretű anyagok, amelyek szabadon behatolnak a pórusokba, utoljára kerülnek ki. Az adszorpciós kromatográfiával ellentétben a gélszűrésnél az állófázis kémiailag inert marad, és nem lép kölcsönhatásba az elválasztandó anyagokkal.

Elv

Az oszlopba mintaoldatot vezetünk, amelynek térfogata korlátozza a kromatográfia minőségét. Analitikai elválasztásnál nem haladhatja meg a CV (teljes oszloptérfogat) 0,1%-át, preparatív tisztításnál pedig nem haladhatja meg a CV 8-10%-át. Az oszlop tele van porral, amelynek részecskéi vagy szemcséi bizonyos átmérőjű pórusokkal rendelkeznek. A pórusokba be nem jutó makromolekuláris anyagok átjutnak a szemcsék közé, így retenciós térfogatuk megegyezik az oszlop térfogatának mínusz az állófázis térfogatával (ún. ingyenes kötet). Először eluálódnak. A közepes méretű molekulák a szorbens pórusaiba illeszkednek, de nem teljesen. Ezért retenciós térfogatuk valamivel nagyobb, mint a szabad térfogat. Másodszor eluálódnak. A legkisebb molekulák az oldószermolekulákkal együtt szabadon behatolnak a pórusokba. Ezért a retenciós térfogatuk az oszlopban sokkal nagyobb, mint a szabad térfogat, és megközelíti az oszlop teljes térfogatát (azaz 100% CV). Utoljára eluálódnak.

Szorbensek

Gel - egy heterogén rendszer, amelyben a mozgó fázis (általában víz) mindig egy álló vagy szilárd fázis pórusaiban van, amelyet gélmátrixnak neveznek.

Alacsony nyomás

• dextrán,
• sephadex,
• sefakril,
• Sepharose,
• szuperdex.

Magas nyomású

• polimetakrilát,

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi a "Méretkizárásos kromatográfia" más szótárakban:

- (szitakromatográfia), folyadékkromatográfia acc. a különböző méretű molekulák azon képessége, hogy behatoljanak egy nemionos gél pórusaiba, amely állófázisként szolgál. Létezik gélpermeációs kromatográfia (eluens org. oldószer) és gél... Kémiai Enciklopédia

méretkizárásos kromatográfia- exkliuzinė chromatografija statusas T terület chemija apibrėžtis Skysčių chromatografija, pagrįsta medžiaga molekulių pasiskirstymu tarp porose esantis ir judančio tirpiklio. atitikmenys: engl. kizárásos kromatográfia. exkluzív...... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

- (más görög nyelvből... Wikipedia

- (a görög chroma, genitive case chromatos color, paint és ... grafika a keverékek elválasztásának és elemzésének fiziko-kémiai módszere a két fázis, álló és mozgó (eluens), átfolyó fázisok közötti eloszlása ​​alapján ... ... Nagy szovjet enciklopédia

A kromatográfia olyan típusa, amelyben a folyadék (eluens) szolgál mozgófázisként, és ez az állófázis. szorbens, tv. a felületére folyadékkal vagy géllel felvitt hordozó. Sorbenssel töltött oszlopon (oszlopkromatográfia), lapos ... ... Természettudomány. enciklopédikus szótár

Ez egy kromatográfia, amelyben a mozgó fázis folyadék. A folyadékkromatográfia folyadékadszorpcióra oszlik (a vegyületek szétválása a felületről való eltérő adszorbeáló- és deszorpciós képességük miatt következik be ... ... Wikipédia

gélpermeációs kromatográfia- Gélpermeációs kromatográfia Magyarázó angol-orosz nanotechnológiai szótár. - M.

Tipikus beállítás a kézi oszlopkromatográfiához. A folyamat sebességének szabályozására az alján csappal felszerelt üvegoszlop szilárd fázissal (fehér) van megtöltve, a tartály felül, a szilárd fázis felső részében folyékony eluenssel van megtöltve. ... Wikipédia

Eszközök, amelyek egy vagy több tartalmát (koncentrációját) mérik. alkatrészek folyékony közegben; J. a. gyakran a folyadékokban lévő St meghatározására szolgáló eszközöknek is nevezik (viszkoziméterek, sűrűségmérők stb.). Megkülönböztetni Zh. és. laboratóriumi és ipari (...... Kémiai Enciklopédia

Lásd Méretkizárásos kromatográfia... Kémiai Enciklopédia

Leírás

A német Polymer Standards Service (PSS) céggel – a gélpermeációs kromatográfiás (GPC, GPC) vagy más szóval méretkizárásos kromatográfiás (SEC) – anyagok és berendezések egyik vezető gyártójával közösen teljes körű megoldásokat kínálunk a meghatározásra. átlagos molekulatömegű polimerek (természetes, szintetikus, biopolimerek), molekulatömeg-eloszlás és oldatban lévő polimer makromolekulák jellemzői. Ennél a módszernél az analit elválasztása nem az állófázissal való adszorpciós kölcsönhatások miatt következik be, hanem kizárólag a makromolekulák hidrodinamikai sugarának értéke miatt.

A molekulatömeg szerint elválasztott komponensek kimutatásához legalább egy koncentráció detektor (hagyományos HPLC törés- és spektrofotometriás, párolgásos fényszórás detektor), valamint speciális detektorok polimer analízishez: viszkozimetrikus, detektor által lézeres fényszórás. Koncentrációdetektorokkal kombinálva ezek a detektorok lehetővé teszik az abszolút molekulatömeg, az oldatban lévő makromolekulák konformációjának, a forgási sugarának, a hidrodinamikai sugarának, az elágazás mértékének, a Mark-Kuhn-Houwink egyenlet állandóinak meghatározását, és virális együtthatók. Ez a rendszer kalibrációs függőségek jelenlétében lehetővé teszi, hogy egyetlen elemzésben (~15 perc) átfogó információt kapjunk a makromolekuláris objektumokról és azok viselkedéséről az oldatokban, míg a jellemzők hagyományos módszerekkel történő kiértékelése több napot vesz igénybe.

A mérési eredmények feldolgozásához speciális szoftverre van szükség. Rugalmas, moduláris HPLC-rendszereket kínálunk a gélpermeációs kromatográfiához (GPC), beleértve a Prominence modulokat (szivattyúk, oszlopkemencék, automatikus mintavevők, törésmutató-detektor) és a Polymer Standards Service (PSS), a polimer HPLC-elemzéssel foglalkozó hatóság speciális moduljait. Az elemzés eredményeinek kiszámításához mind a szabványos LabSolution LC programba integrált Shimadzu GPC Option szoftver, mind a speciális detektorokat támogató PSS - WinGPC SW szoftvertermékek használata lehetséges.

A hagyományosan használt kapillárisokkal és szerelvényekkel (hexafluor-izopropanol, tetrahidrofurán) agresszív mozgófázisokkal való munkavégzéshez a HPLC-rendszerek speciális gáztalanítóval, szivattyúkkal és automatikus mintavevővel szerelhetők fel, amelyek összetevői ellenállnak ezeknek az oldószereknek.

A GPC alaprendszerei

Alapvető HPLC rendszer GPC-hez

A GPC alap HPLC-rendszere konfigurálható LC-20 Prominence egységekkel az egyik koncentrációdetektorral (spektrofotometriás/diódasoros SPD-20A/SPD-M20A UV-elnyelő polimerekhez, univerzális RID-20A törésmutató és párolgási fényszórás detektor ELSD -LTII). Ez a rendszer megfelelő standardok és kalibrációs függőségek jelenlétében lehetővé teszi a polimerek relatív molekulatömegének meghatározását, valamint az oldatban lévő makromolekulák hidrodinamikai méretének becslését.

A fő modulok specifikációi

LC-20AD szivattyú
Szivattyú típusa	Kettős párhuzamos mikrodugattyús mechanizmus
A dugattyúkamra kapacitása	10 µl
Eluens áramlási sebesség tartomány	0,0001-10 ml/perc
Max nyomás	40 MPa
Áramlás beállítási pontosság	1% vagy 0,5 µl (amelyik jobb)
Fodrozódás	0,1 MPa (vízhez 1,0 ml/perc és 7 MPa)
Munkamód	állandó áramlás, állandó nyomás
A szivattyúk felszerelhetők egy kiegészítő berendezéssel a dugattyú automatikus öblítésére. A szivattyúk szivárgásérzékelővel vannak felszerelve. A szivattyú dugattyújának anyaga ellenáll az agresszív közegeknek (zafír).
RID-20A refraktometriás detektor
Sugárforrás	Volfrámlámpa, üzemidő 20000 óra
Törésmutató-tartomány (RIU)	1,00 - 1,75
Az optikai egység hőmérséklet-szabályozása	30 - 60°C kettős optikai rendszer hőmérséklet-szabályozással
Az áramlási sebességek működési tartománya	Alkalmazások széles körében (analitikai módtól preparatív kromatográfiáig) a mérőcella megváltoztatása nélkül: 0,0001-től 20 ml/percig analitikai üzemmódban; 150 ml/percig preparatív üzemmódban
Zaj	2,5×10 -9 RIU
Sodródás	1×7 -7 RIU/óra
Linearitási tartomány	0,01-500×10 -6 elemző módban 1,0-5000×10 -6 előkészítő módban
Áramlási vezeték kapcsoló	szolenoid szelep
Max. üzemi nyomás	2 MPa (20 kgf/cm²)
Sejttérfogat	9 µl
Nulla beállítás	optikai mérleg (optikai nulla); auto-nulla, nulla finomhangolás alapvonal eltolással
Oszlopos termosztát kényszerlevegővel STO-20A
Szabályozott hőmérséklet-tartomány	szobahőmérséklet feletti 10°C-ról 85°C-ra
A hőmérséklet szabályozás pontossága	0,1 C°
A termosztát belső térfogata	220 × 365 × 95 mm (7,6 liter)
termosztát kapacitása	6 oszlop; az oszlopokon kívül 2 db kézi befecskendező, gradiens keverő, két nagynyomású kapcsolószelep (6 vagy 7 portos), konduktometrikus cella beépíthető
Képességek	lineáris hőmérséklet programozás; oszlopparaméterek változásainak követése és fájlba mentése, az elemzések száma, az elmúlt mobil fázis mennyisége (az opcionális CMD eszköz telepítésekor)
Teljesítmény figyelés	oldószer szivárgás érzékelő; túlmelegedés elleni védelmi rendszer

Fényszórás érzékelő

Többszögű fényszórási érzékelő SLD7100 MALLS (PSS)

Az SLD7100 MALLS (PSS) többszögű fényszórási detektor lehetővé teszi a statikus fényszórás egyidejű mérését akár hét szögben (35, 50, 75, 90, 105, 130, 145°) és a molekuláris szög abszolút értékeinek meghatározását. tömegek, a molekulatömeg-eloszlás valódi paraméterei, megbecsülik az oldatban lévő makromolekulák méretét és konformációját. Ez a detektor kiküszöböli a szabványok szükségességét, és további módosítások nélkül kapacitásmérő műszerként is szolgálhat (HPLC rendszer nélkül).

Viszkometrikus detektor (PSS, Németország)

DVD1260 viszkozimetriás detektor (PSS)

A DVD1260 viszkozimetrikus detektor (PSS), ha az LC-20 Prominence HPLC rendszer részeként használja, lehetővé teszi a átlagos molekulatömegek és molekulatömeg-eloszlási paraméterek, az univerzális kalibrációs módszerrel, nélkülözhetetlen az összetett és globuláris felépítésű makromolekulákhoz, valamint a belső viszkozitás, a Mark-Kuhn-Houwink egyenlet állandói, az elágazás mértéke, a viriális együtthatók és a makromolekulák oldatban való konformációja, alapú bizonyos modelleken, amelyek már be vannak ágyazva a szoftverbe. A detektor egyedi mérőcellája egy négykarú aszimmetrikus kapillárishíd, amely a piacon kapható összes analógtól eltérően nem tartalmaz késleltető cellákat (hold-up oszlopokat) - az összehasonlító áramkörbe egy speciális hígítótartály van beépítve, amely lehetővé teszi az elemzési idő legalább felére csökkentését és a negatív szisztémás csúcsok megjelenésének elkerülését. A cellában a hőmérséklet fenntartásának hibája az kevesebb, mint 0,01 °C, amely az első kritikus tényező a viszkozimetriás elemzésben.

Műszaki adatok:

Étel	110-260 V; 50/60 Hz; 100 VA
Nyomáskülönbség tartomány (DP)	-0,6 kPa - 10,0 kPa
Bemeneti nyomástartomány (IP)	0-150 kPa
A cella térfogatának mérése	15 µl
Hígítás kompenzációs térfogat (tartály)	70 ml
Nyírási sebesség (1,0 ml/perc)	< 2700 с -1
Zajszint	0,2 Pa, nyomáskülönbség jel, 5 °C
analóg kimenet	1,0 V / 10 kPa FSD nyomáskülönbség 1,0 V / 200 kPa FSD bemeneti nyomás
Az érzékelő teljes térfogata	Körülbelül 72 ml (tartállyal együtt)
Max. áramlási sebesség	1,5 ml/perc
Hőmérséklet beállítási pontosság	±0,5 °C
hőmérsékleti stabilitás	Nem rosszabb, mint 0,01 °C
Digitális interfész	RS-232C, USB, Ethernet
Átviteli sebesség (baud)	1200 - 115200
Digitális bemenetek	Öblítés, nullázás, befecskendezés, hiba
Digitális kimenetek	Befecskendezés, hiba
Súly	Körülbelül 4 kg
Méretek (Szé, Mé, Mé)	160×175×640 mm

kiegészítők

A GPC üzemmódban végzett munkához és a kalibrálási függőségek kialakításához széles választékot kínálunk hangszórók gélekkel (stacionárius fázis) és sokféle kémiai természetű (poláris és nem poláris) eluenssel töltött GPC-hez, amelyek mind nagy molekulatömegű polimerek, mind oligomerek, valamint szabványos polimer tárgyak.

Gélpermeációs kromatográfiás (GPC, SEC) oszlopok:

• bármely szerves eluenshez: PSS SDV, GRAM, PFG, POLEFIN (200 °C-ig);
• vizes eluensekhez: PSS SUPREMA, NOVEMA, MCX PROTEEMA;
• monodiszperz pórusméret-eloszlású vagy vegyes típusú oszlopok az abszolút lineáris kalibráláshoz;
• az MM alacsony és magas értékeinek meghatározása;
• kész oszlopkészletek a meghatározott molekulatömegek tartományának bővítésére;
• szintetikus és biopolimerekhez;
• megoldások a mikro GPC-től a preparatív rendszerekig;
• oszlopok a gyors elválasztáshoz.

Az oszlopok bármely tetszőleges eluensben szállíthatók.

A gélpermeációs kromatográfia (GPC, SEC) szabványai:

• egyedi szabványminták és kész szabványkészletek;
• szerves oldószerekben oldódik:
  • polisztirol
  • poli(α-metilsztirol)
  • polimetil-metakrilát
  • poli(n-butil-metakrilát)
  • poli(terc-butil-metakrilát)
  • polibutadién-1,4
  • poliizoprén-1,4
  • polietilén
  • poli(2-vinilpiridin)
  • polidimetil-sziloxán
  • polietilén-tereftalát
  • poliizobutilén
  • polilaktid
• vizes rendszerekben oldható:
  • dextrán
  • pullulán
  • hidroxi-etil-keményítő
  • polietilénglikolok és polietilén-oxidok
  • Polimetakrilsav Na-sója
  • Poliakrilsav Na-sója
  • poli(p-sztirolszulfonsav) Na-só
  • polivinil-alkohol
  • fehérjék
• MALDI szabványok, érvényesítő készletek fényszórási detektorokhoz (LSD) és viszkozimetriához;
• deuterált polimerek;
• polimerek és egyedi szabványok.

Kromatográfia - a komponensek keverékeinek szétválasztására szolgáló módszer, amely a komponensek két egymással nem elegyedő fázis – mozgó és álló – közötti eloszlásában mutatkozó különbségen alapul. A szétválasztandó minta komponensei a mozgófázisban mozognak a rendszeren keresztül. A gélpermeációs elemzés a különböző méretű makromolekulák eltérő képességén alapul, hogy behatoljon az állófázis pórusaiba, amelyet gyakrabban használnak háromdimenziós polimerek vagy porózus üvegek géljeként. Ebben az esetben az elválasztás csak méret szerint történik, és nem függ a makromolekulák természetétől.

ábrán. A 2.23 vázlatosan ábrázolja egy csatornákkal, különböző átmérőjű és hosszúságú bemélyedésekkel borított gélgranulátum felületét, amelyek ún. döntsd el. Az oldószer (mobilfázis) kitölti a szemcsék és a gélen belüli összes pórus közötti teljes teret.

Az oldószer – maga a gélanyag – számára hozzáférhetetlen térfogatot holttérfogatnak, pórustérfogatnak nevezzük V n- pórustérfogat. Ha egy oldat elfolyik egy ilyen felületen olyan molekulákkal, amelyek méretei arányosak a pórusok méretével, vagy kisebbek náluk, akkor a molekulák egy része behatol a pórusokba. Amikor az oldott zóna elhagyja a töltet e területét, a lyukakon belüli molekulák koncentrációja magasabb lesz, mint kívül, és a molekulák ismét bediffundálnak a mozgófázis áramlásába. Ha a molekulák mérete nagyobb, mint a pórusok mérete, akkor megállás nélkül haladnak el a gélszemcsék mellett. Következésképpen a nagyobb molekulák gyorsabban haladnak át a géloszlopon, és hamarabb hagyják el azt, kisebb mennyiségű oldószer áramlik át rajta. Azoknál a kisebb molekuláknál, amelyek bejutnak a pórusokba és bennük maradnak egy ideig, nagyobb mennyiségű oldószerre van szükség ahhoz, hogy kimossák őket az oszlopból.

Így a porózus töltőanyagot tartalmazó oszlopba bevezetett polidiszperz polimer makromolekulái különböző időpontokban lépnek ki az oszlopból különböző V M kioldódási térfogatok mellett (retenciós térfogat, elúciós térfogat).

A gélből teljesen kizárt makromolekulák olyan E 0 oldószertérfogatnál hagyják el az oszlopot, amely megegyezik a gélszemcséket körülvevő tér térfogatával (a mozgófázis, azaz az oszlopban lévő oldószer térfogata). Kisebb molekulák esetén a mozgófázis és a rész térfogatának összegével megegyező térfogat AV „

Rizs. 2.23.(a), a gélszemcse pórusterében (b) és az állófázis oszlopának (c) kimeneténél (pórustérfogat). Ekkor az oldott anyag i-edik komponensének elúciós térfogata egyenlő

ahol K,j = AVL/Vn- a pórusok méret szerinti térfogateloszlásának együtthatója; a gélből teljesen kizárt nagy makromolekulák esetében K V j = 0, oldószermolekulák esetén K G] = 1.

A gélkromatográfiás analízisre az elúciós térfogat korlátozott változása a jellemző, amelyet a T 0 Chl és Vo + Tn egyenlőtlenség határoz meg. Azonos molekulaméretű minta esetén számítani kell arra, hogy egyidejűleg hagyják el az oszlopot. Azonban a folyamat tökéletlensége miatt (a molekulák pórusokból való be- és kilépésének késése, a molekulák mozgási sebességének különbsége a pórusokban és a szemcsék között, az oszlop falai közelében és annak közepén stb.) elkenődés A kromatográfiás csúcs még monodiszperz minták esetében is megfigyelhető.

A T 0 mozgófázis térfogatát kísérletileg határozzuk meg nyilvánvalóan nagy molekulaméretű anyagok felhasználásával, amelyeket teljesen kizárunk a gélből, és T 0 -nak megfelelő oldószertérfogattal kimossuk az oszlopból. T 0 értéke a képlettel is kiszámítható

ahol T count az oszlop teljes térfogata; g- a gél és az oldószer teljes tömege; r P| és rho a duzzadt gél és az oldószer sűrűsége.

az érték V n- teljes rendelkezésre álló belső térfogat, pórustérfogat - az egyenlet határozza meg

ahol g rc a száraz gél tömege; R- a gélben megkötött oldószer aránya.

Jelentése R képlet alapján számítjuk ki

Mivel a gélkromatográfiás analízisben a makromolekulák eloszlása ​​az effektív hidrodinamikai térfogaton megy végbe, a molekulatömegek és a molekulatömeg-eloszlás értékeire vonatkozó információk megszerzéséhez szükséges az oszlop előzetes kalibrálása ismert molekulatömegű minták felhasználásával, azaz., rászokni "M- És el. A polidiszperz polimerek elemzéséhez

Rizs. 2.24. Kalibrációs görbék "lg M- K, l"

(magyarázat a szövegben)

több, az elválasztandó makromolekulák méretének megfelelő eltérő póruskészlettel rendelkező oszlop.

Ha a pórusméret-eloszlás a gélben széles, a függőség "M- K) L "meredek lesz (egyenes 1 ábrán. 2.24): ebben az esetben az oszlop biztosítja a legrosszabb elválasztást, de szélesebb molekulatömeg-tartományban. Ha a pórusok mérete közel van, a függőség görbe vonalú lesz a kicsik tartományában el(nincs nagy molekulatömegű frakciók szétválasztása), azonban ebben az esetben jobb elválasztás érhető el szűkebb molekulatömeg-tartományban M( M 2-hez (görbe 3 ábrán. 2.24). Függőség 2 Ugyanezen az ábrán egy olyan gélnek felel meg, amelynek pórusai a minta kielégítő elválasztását biztosítják.

A kalibrációs függőségek megállapításához általában a vizsgált polimer monodiszperz frakcióit használjuk; a kapott függéseket a legegyszerűbb esetekben az egyenes írja le

Általánosabb esetben az "M - U el" függőséget a következőképpen fejezzük ki:

ahol TÓL TŐL, C 2 és C 3 állandók.

Az ugyanazon oszlopon lévő különböző szerkezetű polimerek általában eltérő kalibrációs függést adnak "M- NAK NEK,.,".

Hasonló eredmény figyelhető meg akkor is, ha ugyanazt a polimert egyik oldószerről a másikra váltjuk át. Kimutatták azonban, hogy különböző polimerek és különböző oldószerek esetén egyetlen összefüggést lehet elérni az elúciós térfogat és a termék között. M[x.

A Mark-Kuhn-Houwink egyenlet felhasználásával [q | == KM" a (2.138) és a (2.140) egyenlet együtthatói között a következő összefüggések állapíthatók meg:

Az "E el - M [g ||" univerzális függőség megvalósítása azt jelenti, hogy az A/[ u | azonos értékű makromolekulák = = Fo(/? 2) 1,5 azonos érték mellett kimosódnak V ml . Ez azt jelzi, hogy az oszlopban az osztás valójában az effektív hidrodinamikai térfogat értéke szerint történik.

Általában a gélkromatográfiás oszlopot a polimer rendelkezésre álló szűk frakcióihoz (gyakrabban polisztirolhoz) kalibrálják. Ha a függőség |r|] = K C M 0, akkor ennek a rendszernek a "polimer - oldószer" "U el - M [av]" függőségét könnyű átszámolni a függőségbe "M- E el ":

ahol ciés M] az első (standard) polimer megfelelő mutatói, és A 2. és 2. ponthozés M 2 - a másodikhoz.

Az oszlopból kifolyó oldat polimerkoncentrációjának meghatározása gyakrabban refraktometriás módszerrel történik, ezért fontos az oldat és az oldószer törésmutatói közötti különbség. Ha azonosak, akkor a polimer "láthatatlan" lesz az eluált oldatban. Az oldat és az oldószer törésmutatói közötti különbség változásának eredő függőségei az E el-en a polimer gélkromatogramját jelentik, amely lehetővé teszi a kiszámítását. MM",és molekulatömeg-eloszlás.

Példa. ábrán. A 2,25 a kloroformmal eluált poliizoprén gélkromatogramját mutatja. Ennek a mintának a molekulatömegének meghatározásához univerzális kalibrációs függést használtunk a polisztirolra, amely lg(M[g| |) = 16,13 - 0,0706 K,.,.

Rizs. 2.25.

A molekulatömeg és a noliizonrén elúciós térfogata közötti egyenlethez való áttéréshez használja a Mark-Kuhn-Houwink egyenletet a "poliizoprn-kloroform" rendszerhez:

Ekkor a poliizoprén kalibrálási függésének formája van

A poliizoprin gélkromatogramja (lásd a 2.25. ábrát) egyenlő részekre van osztva - pontokra (a 2.25. ábrán egy pont AN el = = 4 ml-nek felel meg, és M, - a molekulatömeg számértéke a tétpontban). Minden referenciaponthoz meg kell határozni az elúciós térfogatot V, F magasságban, az alapvonaltól, és mutassa be a kapott adatokat táblázat formájában. 2.13.

Adatok a poliizoprén molekulatömegének és MWD-jének gélpermeációs kromatográfiával történő kiszámításához

2.13. táblázat

	fj, mm			G F :) , 17 - 10 "’ 1 M: J

Mennyiségek M ",és M„ képletekkel számítjuk ki

Így a mennyiségek aránya MM", lesz