クロマトグラフィー

2.03.3.1 液体吸着およびグラジエントクロマトグラフィー

相互作用クロマトグラフィーはそれぞれ2種類以上の溶媒からなる移動相を必要とします。 液体吸着クロマトグラフィー(LAC)では、初期および最終の移動相はポリマーにとって良い溶媒である。 ほとんどの場合、シリカゲルが固定相として使用されます。 カラムに注入された試料は、最初の移動相でシリカ表面に吸着する。 極低モル量の試料では、吸着が十分に弱く、同じ移動相組成で脱離する場合がある。 この場合、溶出はアイソクラティック条件下で行われます。

ほとんどの場合、特に高モル量の試料では、吸着が強すぎることがあります。 移動相の強さは保持に大きな影響を与えます。 移動相の強度が弱いと、ポリマーの保持時間は通常、実験期間をはるかに超えてしまう。 溶出強度を上げると、最終的には逆の挙動に急変する。ポリマーは全く保持されず、間質液量Voでカラムから流出する。 溶出条件を少し変えるだけで、保持量ゼロから無限大に移行する。 この「on or off」挙動は、多重付着の結果として理解することができる3。 合成高分子は多数の繰り返し単位から構成されており、原理的にはそのすべてが吸着する可能性があるが、吸着した高分子コイルのコンフォメーションは、通常、溶液中に伸びるループとテール、および吸着した繰り返し単位のトレインから構成されている。 ポリマー鎖は、その繰り返し単位の少なくとも1つが吸着している限り、固定相に保持される。 鎖は、構成するユニットがすべて移動相にある場合にのみ移動することができる。 各ユニットが独立した吸脱着平衡を持っていると仮定すると、高分子の移動条件は、繰り返しユニットの対応する確率と鎖長の関数となる。 弱い溶媒と長い高分子鎖の場合、充填剤と相互作用する繰り返し単位が常に存在すると仮定することができる。 したがって、高分子が非常に長い時間保持される確率が非常に高くなる。

LAC は化学組成による共重合体の分離に広く応用されており、最初の論文は1979年にTeramachi et al.によって発表された12。 Moriらは異なるスチレン-アクリレート共重合体の分離法を開発し、Moureyらは異なるポリアクリレートの組み合わせに注目した13-17

ポリマーの吸着クロマトグラフィーでもう一つ重要なことは溶解度である。 一般に溶解性には、混合時のギブス自由エネルギーが負に変化することが必要である。 これはモル質量の小さい溶質ではエントロピーの寄与が大きいため、容易に満たされる。 低分子混合過程では、寄与度TΔSmが非常に大きく、ΔHmが正の値であっても溶解を妨げない。 低モル質量化合物とは対照的に、高分子は通常、固体状態では低秩序である。 これに加えて、高分子鎖に沿った繰り返し単位の規則的な配列が、溶解時にも残っている。 さらに、重量濃度が等しい溶液では、溶質粒子の数は高分子系よりも低モル質量サンプルの方がはるかに多い。 したがって、ΔGmに対するエントロピーの寄与は小さく、ΔGm < 0の条件にはエンタルピーの負の変化ΔHm < 0が必要であり、溶媒の溶解度パラメータはポリマーのパラメータに非常に近くなければならない。 高分子の移動相への十分な溶解性に加えて、移動相の一定の溶媒強度が必要である。

化学組成の異なる高分子の溶解性を利用したLCの1つに高性能沈殿液体クロマトグラフィー（HPPLC）3があります。 その後、試料に良溶媒を加えてグラジエント溶出を行い、フラクションは移動相に再溶解して溶出を開始します。 溶解度は化学組成の関数であるため、HPPLCはコポリマーやポリマーブレンドの化学組成分離に使用することができます。 この種の分離の例は、Glöcknerらによってスチレンとアクリレートのコポリマーについて発表されている18-21

非常に頻繁に、サンプルが最初の移動相で完全に沈殿するかどうか（高分子の化学組成が異なる）完全に明確ではないため、分離技術をLACまたはHPPLCに分類することは困難である。 このような場合、順相液体クロマトグラフィー（NP-LC）または逆相液体クロマトグラフィー（RP-LC）に分類されることがあります。 いずれの場合も、初期および最終の移動相は試料に対して良溶媒である必要があります。 NP-LCでは、極性（親水性）固定相が使用されます。 初期移動相は極性の低いもので、極性溶媒を加えることで溶媒強度を上げる。 RP-LCでは、非極性（疎水性）の固定相を用い、極性のある初期移動相をグラジエントの途中で極性の低い溶媒に変更します。 この場合の典型的な例はACN-THF24とACN-塩化メチレンである25

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