2.03.3.1 Folyékony adszorpciós és gradiens kromatográfia
A kölcsönhatáskromatográfia minden típusához két vagy több oldószerből álló mozgófázis szükséges. A folyékony adszorpciós kromatográfiában (LAC) a kezdeti és a végső mobilfázisok jó oldószerek a polimer számára. A legtöbb esetben szilikagélt használnak állófázisként. Az oszlopba injektált minta a szilícium-dioxid felületén adszorbeálódik a kezdeti mobilfázisban. A nagyon kis moláris tömegű minták esetében az adszorpció elég gyenge lehet, és a deszorpció ugyanabban a mobilfázis-összetételben történhet. Ebben az esetben az elúció izokratikus körülmények között történik.
A legtöbb esetben és különösen a nagyobb moláris tömegű minták esetében az adszorpció túl erős. A mobilfázis erőssége drámai hatással van a visszatartásra. Gyenge mobilfázis esetén a polimer retenciós ideje általában messze meghaladja a kísérleti munka ésszerű időtartamát. Az elúciós erősség növelése végül hirtelen ellentétes viselkedéshez vezet: a polimer egyáltalán nem tart vissza, és a Vo interstitialis térfogatnál elhagyja az oszlopot. Az elúciós feltételek kis mértékű megváltoztatása a nulla visszatartásból a végtelenbe való átmenetet okozza. Ez a “be vagy ki” viselkedés a többszörös kötődés következményeként értelmezhető.3 A szintetikus polimerek nagyszámú ismétlődő egységből állnak. Elvileg mindegyiknek megvan az esélye arra, hogy adszorbeálódjon, de az adszorbeált polimer tekercsek konformációja általában az oldatba nyúló hurkokból és farokból, valamint az adszorbeált ismétlődő egységek vonulataiból áll. Egy polimerlánc mindaddig megmarad az állófázisban, amíg legalább egy ismétlődő egysége adszorbeálódik. Egy lánc csak akkor tud vándorolni, ha az összes alkotó egység a mozgófázisban van. Az egyes egységek független adszorpciós-deszorpciós egyensúlyát feltételezve, a makromolekula mobilitási feltétele az ismétlődő egységek megfelelő valószínűségeinek és a lánc hosszának függvénye. Gyenge eluensek és hosszú polimerláncok esetén feltételezhető, hogy mindig van egy ismétlődő egység, amely kölcsönhatásba lép a töltőanyaggal. Ennek megfelelően nagyon nagy a valószínűsége annak, hogy a makromolekula nagyon hosszú ideig megmarad. Következésképpen a legtöbb esetben oldószergradienseket kell alkalmazni a mobilfázis oldószererősségének fokozására és a makromolekulák adszorpciós-deszorpciós viselkedésének kiegyensúlyozására.
A LAC-t széles körben alkalmazták kopolimerek kémiai összetétel szerinti elválasztására, az első publikációt 1979-ben Teramachi et al.12 publikálta. Mori és társai különböző sztirol-akrilát kopolimerekre dolgoztak ki elválasztási módszereket, míg Mourey és társai különböző poliakrilát kombinációkkal foglalkoztak.13-17
A polimerek adszorpciós kromatográfiájának másik fontos szempontja az oldhatóság. Az oldhatóság általában megköveteli a Gibbs-féle szabad energia negatív változását keveredéskor. Ez kis moláris tömegű oldott anyagoknál a nagy entrópia hozzájárulás miatt könnyen teljesül. Kis molekulatömegű keveredési folyamatokban a TΔSm hozzájárulás olyan nagy, hogy még a ΔHm pozitív értékei sem akadályozzák meg az oldódást. Az alacsony moláris tömegű vegyületekkel ellentétben a makromolekulák rendezettsége szilárd állapotban általában alacsony. Ráadásul a polimerlánc mentén az ismétlődő egységek szabályos elrendeződése megmarad az oldódáskor. Továbbá, azonos tömegkoncentrációjú oldatokban az oldott részecskék száma sokkal nagyobb az alacsony moláris tömegű mintákban, mint a polimer rendszerekben. Így a ΔGm-hez való entrópia hozzájárulás kicsi lesz, és a ΔGm < 0 feltételhez negatív entalpiaváltozásra van szükség, ΔHm < 0. Ennek megfelelően az oldószer oldhatósági paramétereinek nagyon közel kell lenniük a polimer oldhatósági paramétereihez. A makromolekulák megfelelő oldhatósága mellett a mozgófázisban a mozgófázis bizonyos oldószer-erősségére is szükség van. Tekintettel az adszorpciós kromatográfia elválasztási mechanizmusára, az oldószer erősségének elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy elősegítse a makromolekulák deszorpcióját a töltetről.
Az LC egyik típusa, amely kihasználja a különböző kémiai összetételű makromolekulák oldhatóságát, a nagy teljesítményű csapadékos folyadékkromatográfia (HPPLC).3 A HPPLC-ben a kiindulási mobilfázis a minta számára nem oldószer, így az oszlopba injektált minta kicsapódik. A gradiens elúciót ezután egy jó oldószer hozzáadásával végzik a mintához, és a frakciók elkezdenek újraoldódni és elutálódni a mobilfázissal. Mivel az oldhatóság a kémiai összetétel függvénye, a HPPLC alkalmazható kopolimerek és polimerkeverékek kémiai összetételű elválasztására. Ilyen típusú elválasztásra Glöckner és mások mutattak be példákat sztirol és akrilát kopolimerek esetében.18-21
Nagyon gyakran nehéz egy elválasztási technikát LAC vagy HPPLC kategóriába sorolni, mivel nem teljesen egyértelmű, hogy a minta teljesen kicsapódik-e a kezdeti mobilfázisban (a makromolekulák eltérő kémiai összetétele). Ilyen esetekben az elválasztás normál fázisú folyadékkromatográfiának (NP-LC) vagy fordított fázisú folyadékkromatográfiának (RP-LC) minősíthető. Mindkét esetben a kiindulási és a végső mobilfázisnak a minta számára jó oldószernek kell lennie. Az NP-LC-ben poláros (hidrofil) állófázist használnak. A kezdeti mobilfázis kevésbé poláros, és az oldószer erősségét egy poláros oldószer hozzáadásával növeljük. Tipikus példa erre az n-hexán-tetrahidrofurán (THF)22 és az n-hexán-kloroform.23 Az RP-LC nem poláros (hidrofób) állófázisokat és poláros kezdeti mobilfázist használ, amelyet a gradiens során kevésbé poláros oldószerrel módosítanak. Tipikus példák erre az esetre az ACN-THF24 és az ACN-metilén-klorid.25
A véletlenszerű kopolimerek NP-LC-vel történő elválasztásának tipikus példája a 3. ábrán látható. Cianopropilkötésű szilikagélt használva állófázisként és izooktán-THF oldószergradienst alkalmazva a decil-metakrilát és metil-metakrilát kopolimereket választottuk el összetétel szerint.26 Egy újabb alkalmazásban Garcia és munkatársai kimutatták, hogy nagyon rövid oszlopokkal és meredek gradiensekkel 3 percnél rövidebb idő alatt is nagy hatékonyságú RP-LC elválasztások végezhetők (lásd a 4. ábrát).27
3. ábra. Gradiens HPLC kromatogramok véletlenszerű decil-metakrilát-metil-metakrilát kopolimerekből. Álló fázis: Nucleosil 5 CN, 200 mm × 4,6 mm i.d.; mozgófázis: izooktán-THF gradiens. A kopolimerek összetételét DMA-MMA-ban adjuk meg mol.%-ban.
A Pasch, H.; Trathnigg, B. HPLC of Polymers; Springer: Berlin-Heidelberg-New York, 1998,2 a Springer Science+Business Media szíves engedélyével.
4. ábra. Sztirol-etilakrilát kopolimerek öt HPLC-szeparációjának átfedése. Az átlagos sztiroltartalmak és a standard eltérés sávjai szerepelnek. Álló fázis: Luna C18 100 Å, 30 mm × 4,6 mm i.d.; mobil fázis: THF-ACN gradiens; a kopolimerek névleges sztiroltartalma: 0 mol.% (1), 20 mol.% (2), 40 mol.% (3), 60 mol.% (4), 80 mol.% (5) és 100 mol.% (6).
A Garcia Romero, I.; Bashir, M. A.; Pasch, H. e-Polymers 2005, 079,27 engedélyével.
ból vettük.