2.03.3.1 Cromatografía de adsorción líquida y de gradiente
Cada tipo de cromatografía de interacción requiere una fase móvil que comprende dos o más disolventes. En la cromatografía de adsorción líquida (LAC), las fases móviles inicial y final son buenos disolventes para el polímero. En la mayoría de los casos, se utiliza gel de sílice como fase estacionaria. La muestra inyectada en la columna se adsorbe en la superficie de sílice en la fase móvil inicial. En el caso de las muestras de masa molecular muy baja, la adsorción puede ser lo suficientemente débil y puede producirse una desorción en la misma composición de la fase móvil. En este caso, la elución tiene lugar en condiciones isocráticas.
En la mayoría de los casos y, en particular, para las muestras de mayor masa molar, la adsorción es demasiado fuerte. La fuerza de la fase móvil tiene un efecto dramático en la retención. Con una fase móvil débil, el tiempo de retención de un polímero suele superar con creces cualquier periodo razonable de trabajo experimental. El aumento de la fuerza de elución conducirá finalmente a un cambio repentino en el comportamiento opuesto: el polímero no es retenido en absoluto y abandona la columna en el volumen intersticial Vo. Una pequeña alteración de las condiciones de elución provoca la transición de la retención cero al infinito. Este comportamiento de «encendido o apagado» puede entenderse como una consecuencia de la unión múltiple.3 Los polímeros sintéticos están formados por un gran número de unidades de repetición. En principio, todas ellas tienen la posibilidad de adsorberse, pero la conformación de las bobinas poliméricas adsorbidas suele comprender bucles y colas que se extienden en la solución y trenes de unidades de repetición adsorbidas. Una cadena polimérica queda retenida en la fase estacionaria mientras al menos una de sus unidades de repetición esté adsorbida. Una cadena sólo puede migrar si todas las unidades que la constituyen están en la fase móvil. Suponiendo un equilibrio de adsorción-desorción independiente para cada unidad, la condición de movilidad de una macromolécula es una función de las correspondientes probabilidades de las unidades de repetición y de la longitud de la cadena. En el caso de eluyentes débiles y cadenas poliméricas largas, se puede suponer que siempre hay una unidad repetida que interactúa con el material de empaquetamiento. En consecuencia, la probabilidad de que la macromolécula sea retenida durante mucho tiempo es muy alta. En consecuencia, en la mayoría de los casos deben utilizarse gradientes de disolvente para aumentar la fuerza del disolvente de la fase móvil y equilibrar el comportamiento de adsorción-desorción de las macromoléculas.
LAC se ha aplicado ampliamente para la separación de copolímeros según su composición química, siendo el primer artículo publicado en 1979 por Teramachi et al.12 Mori y otros desarrollaron métodos de separación para diferentes copolímeros de estireno-acrilato, mientras que Mourey y otros se centraron en diferentes combinaciones de poliacrilato.13-17
Otro aspecto importante de la cromatografía de adsorción de polímeros es la solubilidad. La solubilidad en general requiere un cambio negativo en la energía libre de Gibbs al mezclarse. Esto se cumple fácilmente con solutos de baja masa molecular debido a la gran contribución de entropía. En los procesos de mezcla de baja masa molecular, la contribución TΔSm es tan grande que incluso los valores positivos de ΔHm no impiden la disolución. En contraste con los compuestos de baja masa molecular, las macromoléculas normalmente tienen un bajo orden en el estado sólido. Además, la disposición regular de las unidades de repetición a lo largo de la cadena polimérica se mantiene en la disolución. Además, en las soluciones de igual concentración de peso, el número de partículas de soluto es mucho mayor en las muestras de baja masa polar que en los sistemas poliméricos. Así, una contribución de entropía a ΔGm será pequeña y la condición ΔGm < 0 requiere un cambio negativo en la entalpía, ΔHm < 0. En consecuencia, los parámetros de solubilidad del disolvente deben ser muy cercanos a los del polímero. Además de una solubilidad suficiente de las macromoléculas en la fase móvil, se requiere una cierta fuerza del disolvente de la fase móvil. Teniendo en cuenta el mecanismo de separación en la cromatografía de adsorción, la fuerza del disolvente debe ser lo suficientemente alta como para promover la desorción de las macromoléculas del envase.
Un tipo de LC que hace uso de la solubilidad de las macromoléculas de diferentes composiciones químicas es la cromatografía líquida de precipitación de alto rendimiento (HPPLC).3 En la HPPLC, la fase móvil inicial es un no disolvente para la muestra para que la muestra inyectada en la columna precipite. A continuación, se realiza una elución en gradiente añadiendo un buen disolvente a la muestra y las fracciones comienzan a redisolverse y eluir con la fase móvil. Como la solubilidad es una función de la composición química, la HPPLC puede utilizarse para la separación de la composición química de copolímeros y mezclas de polímeros. Glöckner y otros han presentado ejemplos de este tipo de separación para copolímeros de estireno y acrilato.18-21
Muy a menudo es difícil clasificar una técnica de separación como LAC o HPPLC ya que no está completamente claro si la muestra precipita completamente en la fase móvil inicial (diferentes composiciones químicas de las macromoléculas). En estos casos, la separación puede clasificarse como cromatografía líquida de fase normal (NP-LC) o cromatografía líquida de fase inversa (RP-LC). En ambos casos, las fases móviles inicial y final deben ser buenos disolventes para la muestra. En la NP-LC, se utiliza una fase estacionaria polar (hidrofílica). La fase móvil inicial es menos polar y la fuerza del disolvente se aumenta añadiendo un disolvente polar. Ejemplos típicos son n-hexano-tetrahidrofurano (THF)22 y n-hexano-cloroformo.23 La RP-LC utiliza fases estacionarias no polares (hidrofóbicas) y una fase móvil inicial polar que se modifica en el curso del gradiente con un disolvente menos polar. Ejemplos típicos para este caso son ACN-THF24 y ACN-cloruro de metileno.25
En la Figura 3 se muestra un ejemplo típico para la separación de copolímeros aleatorios mediante NP-LC. Utilizando un gel de sílice con enlaces de cianopropilo como fase estacionaria y un gradiente de disolvente de isooctano-THF, se separaron copolímeros de metacrilato de decil y metacrilato de metilo por composición.26 En una aplicación más reciente, García et al. demostraron que pueden llevarse a cabo separaciones RP-LC muy eficientes con columnas muy cortas y gradientes pronunciados en menos de 3 minutos (véase la Figura 4).27
Figura 3. Cromatogramas de HPLC en gradiente de copolímeros aleatorios de metacrilato de decil y metacrilato de metilo. Fase estacionaria: Nucleosil 5 CN, 200 mm × 4,6 mm i.d.; fase móvil: gradiente de isooctano-THF. Las composiciones de los copolímeros se indican como DMA-MMA en mol.%.
Reimpreso de Pasch, H.; Trathnigg, B. HPLC of Polymers; Springer: Berlin-Heidelberg-New York, 1998,2 con la amable autorización de Springer Science+Business Media.
Figura 4. Superposición de cinco separaciones por HPLC de copolímeros de estireno-acrilato de etilo. Se indican los contenidos medios de estireno y las barras de desviación estándar. Fase estacionaria: Luna C18 100 Å, 30 mm × 4,6 mm i.d.; fase móvil: Gradiente THF-ACN; contenido nominal de estireno en los copolímeros: 0 mol.% (1), 20 mol.% (2), 40 mol.% (3), 60 mol.% (4), 80 mol.% (5) y 100 mol.% (6).
Reproducido de García Romero, I.; Bashir, M. A.; Pasch, H. e-Polymers 2005, 079,27 con permiso.