Московский технологический университет»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Московский технологический университет»

ИТХТ

Кафедра «Химии и технологии высокомолекулярных соединений

им. С.С. Медведева»

Метод гельпроникающей хроматографии

                                    Проверила     

                                     Выполнили

                                                Студенты  группы ХЕБО-02-14:                                                                     Ворожейкина А. В.

Овчинников Н.В.

Осипова Н.И.

Москва 2018

Основы метода эксклюзионной (гель-проникающей) хроматографии

Эксклюзионная хроматография (Size Exclusion Chromatography, SEC) или гель-проникающая хроматография (ГПХ, Gel Permeation Chromatography, GPC) реализуется, когда поведение макромолекул в порах определяется энтропийной составляющей свободной энергии, а энергетическая составляющая мала по сравнению с ней. В этом случае, коэффициент распределения будет экспоненциально зависеть от соотношения размера макромолекулы и размера пор.

Скейлинговая теория предсказывает сдедующие закономерности для случая пор соизмеримых с размером макромолекулы

где R aN ^1/2 - характерный радиус идеальной цепи или R aN^3/5 для цепи с объемным взаимодействием, D – диаметр пор, a - показатель степени от 4/3 до 2 в зависимости от принятой модели пор (щель, капилляр, полоса) и модели цепи (идеальная или неидеальная).

Таким образом, поведение макромолекул в условиях эксклюзионной хроматографии определяется размером цепи. Размер макромолекулы определяется ее химическим строением, числом звеньев в цепи (или молекулярной массой), топологией (например, размер разветвленной макромолекулы или макроцикла уменьшается по сравнению с линейной макромолекулой того же химического строения). Кроме того, размер гибких макромолекул в определенной степени зависит от использованного растворителя благодаря эффекту исключенного объема.

Тем не менее, метод ГПХ получил широкое распространение в лабораторной практике как методразделения по молекулярным массам, определения средних молекулярных масс и молекулярно-массовых распределений (ММР). Развитие метода началось с середины 50-х годов, когда были созданы первые широкопористые органические сорбенты для высокоэффективной гель-проникающей хроматографии. Как можно видеть из соотношений (8), метод не является абсолютным для определения молекулярных масс, но требует соответствующей калибровки по стандартным (желательно, узкодисперсным) образцам с известной ММ, связывающей объем (или время) удерживания с ММ.

Рисунок 1 иллюстрирует калибровочные кривые для полистирола в терминах lgM – VR на полужестких органических сорбентах фирмы Waters (Microstyragel) с различным размером пор. Для анализа какого-либо полимера по молекулярным массам необходимо подобрать колонку с подходящим размером пор или серию колонок с разными порами или воспользоваться колонкой со смесью сорбентов с разными порами (колонка Linear в приведенном примере). Разумеется, чтобы использовать метод ГПХ для анализа ММР необходимо обеспечить условия реализации эксклюзионного механизма разделения, не осложненного эффектами взаимодействия как срединных, так и концевых звеньев цепи. Речь идет об адсорбционном взаимодействии из неполярного растворителя или обращено-фазном взаимодействии неполярных фрагментов цепи при хроматографии гидрофильных полимеров в водной среде. Кроме того, водорастворимые полимеры, содержащие ионизированные группы, способны к сильным электростатическим взаимодействиям и требуют особенно тщательного подбора условий хроматографии. Подбор условий включает в себя выбор подходящих по химическому строению для конкретного анализа сорбента и растворителя (элюента).

Рекомендации можно найти в руководствах фирм производителей хроматографического оборудования, а также в справочниках и монографиях.

Рисунок 1 – Калибровочные кривые для колонок mStyragel .

На рисунке указана фирменная маркировка колонок величиной, характеризующей размер пор сорбента, которая равна длине вытянутой цепи полистирола, исключенной по стерическим причинам из пор.

Хроматографическая колонка является сердцем жидкостного хроматографа. В состав хроматографавходит, кроме того, ряд необходимых дополнительных устройств: 1)система подачи элюента (насос), обеспечивающая стабильный поток, 2) система ввода пробы без остановки потока (инжектор или автосамплер), 3)детектор - устройство, обеспечивающее формирование сигнала пропорционального концентрации вещества на выходе из колонки (детекторы бывают различного типа, наиболее популярны в гель-проникающей хроматографии рефрактометрические и спектрофотометрические детекторы), и 4) системы сбора и обработки данных на базе персонального компьютера. В современных хроматографах часто управление работой всех частей хроматографа также производится посредством управляющей программы, объединенной с системой обработки данных.

Хроматограмма полимера, полученная в условиях эксклюзионной хроматографии F(V) является отражением функции его молекулярно-массового распределения W(M). В силу закона сохранения вещества :

Для перехода от хроматограммы к функции ММР необходимо иметь калибровочную функцию V = f(M), тогда искомая функция будет

Эти соотношения записаны без учета приборного уширения (ПУ). Реальная хроматограмма является результатом разделения образца по ММ при движении по колонке и одновременном перемешивании полимергомологов за счет размывания зон. Поэтому функцию F(W) в соотношении следует понимать как хроматограмму “исправленную” на ПУ. Эта функция является решением интегрального уравнения Фредгольма I рода. Известно достаточно много способов коррекции на ПУ.

Однако, в современных высокоэффективных хроматографических системах в большинстве случаев вклад ПУ в хроматограмму невелик по сравнению с ММР и им можно пренебречь.

Важнейшей процедурой является калибровка хроматографапо ММ исследуемого полимера. При наличии соответствующих узкодисперсных стандартов с разными ММ, определяют для них объемы элюирования (VR или Ve) и строят калибровочную зависимость подобную той, что показана на рис.1. Обычно калибровочное соотношение ищут в форме (11):

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология