Cromatografia

2.03.3.1 Cromatografia por adsorção líquida e cromatografia graduada

Cada tipo de cromatografia de interação requer uma fase móvel que compreende dois ou mais solventes. Na cromatografia de adsorção líquida (LAC), as fases iniciais e finais móveis são bons solventes para o polímero. Na maioria dos casos, o sílica-gel é utilizado como fase estacionária. A amostra injetada na coluna adsorve na superfície da sílica na fase inicial móvel. Para amostras de massa molar muito baixa, a adsorção pode ser suficientemente fraca e pode ocorrer a dessorção na mesma composição de fase móvel. Neste caso, a eluição ocorre em condições isocráticas.

Na maioria dos casos e, em particular, para amostras de massa molar superior, a adsorção é muito forte. A força da fase móvel tem um efeito dramático na retenção. Com uma fase móvel fraca, o tempo de retenção de um polímero geralmente excede em muito qualquer período razoável de trabalho experimental. O aumento da força de eluição eventualmente levará a uma mudança repentina no comportamento oposto: o polímero não é retido e deixa a coluna no volume intersticial Vo. Uma pequena alteração das condições de eluição provoca a transição da retenção zero para o infinito. Este comportamento ‘ligado ou desligado’ pode ser entendido como consequência de múltiplas ligações.3 Os polímeros sintéticos consistem de um grande número de unidades de repetição. Em princípio, todos eles têm a chance de serem adsorvidos, mas a conformação das bobinas de polímeros adsorvidos normalmente compreende loops e caudas que se estendem na solução e trens de unidades repetidas adsorvidas. Uma cadeia de polímeros é retida na fase estacionária enquanto pelo menos uma de suas unidades de repetição for adsorvida. Uma cadeia só pode migrar se todas as unidades constituintes estiverem na fase móvel. Assumindo um equilíbrio adsorção-dessorção independente para cada unidade, a condição de mobilidade de uma macromolécula é uma função das probabilidades correspondentes das unidades de repetição e do comprimento da cadeia. Para eluentes fracos e cadeias longas de polímeros, pode ser assumido que há sempre uma unidade de repetição interagindo com o material da embalagem. Assim, a probabilidade é muito alta de que a macromolécula seja retida por um longo período de tempo. Consequentemente, na maioria dos casos, os gradientes de solvente devem ser usados para aumentar a resistência do solvente da fase móvel e para equilibrar o comportamento de adsorção-desorção das macromoléculas.

LAC tem sido amplamente aplicado para a separação de copolímeros de acordo com a composição química, com o primeiro trabalho sendo publicado em 1979 por Teramachi et al.12 Mori e outros desenvolveram métodos de separação para diferentes copolímeros de estireno-acrilato, enquanto Mourey et al. focaram em diferentes combinações de poliacrilato.13-17

Outro aspecto importante da cromatografia de adsorção de polímeros é a solubilidade. A solubilidade em geral requer uma mudança negativa na energia livre de Gibbs na mistura. Isto é facilmente realizado com solutos de baixa massa molar, devido à grande contribuição de entropia. Em processos de mistura de baixa massa molecular, a contribuição TΔSm é tão grande que mesmo valores positivos de ΔHm não impedem a dissolução. Em contraste com os compostos de baixa massa molar, as macromoléculas têm normalmente uma ordem baixa no estado sólido. Além disso, a disposição regular das unidades de repetição ao longo da cadeia do polímero permanece em dissolução. Além disso, em soluções de igual concentração de peso, o número de partículas de soluto é muito maior em amostras de massa molar baixa do que em sistemas de polímeros. Assim, uma contribuição de entropia para ΔGm será pequena e a condição ΔGm < 0 requer uma mudança negativa na entalpia, ΔHm < 0. Assim, os parâmetros de solubilidade do solvente devem estar muito próximos aos do polímero. Além da solubilidade suficiente das macromoléculas na fase móvel, é necessária uma certa resistência do solvente da fase móvel. Em vista do mecanismo de separação na cromatografia de adsorção, a resistência do solvente deve ser suficientemente alta para promover a dessorção das macromoléculas da embalagem.

Um tipo de LC que faz uso da solubilidade das macromoléculas de diferentes composições químicas é a cromatografia líquida de precipitação de alto desempenho (HPPLC).3 Na HPPLC, a fase móvel inicial é um não-solvente para a amostra, de modo que a amostra injetada na coluna se precipitará. A eluição gradual é então realizada pela adição de um bom solvente à amostra e as frações começam a redissolver e a eluir com a fase móvel. Como a solubilidade é uma função da composição química, o HPPLC pode ser usado para separação da composição química de copolímeros e misturas de polímeros. Exemplos deste tipo de separação têm sido apresentados por Glöckner e outros para copolímeros estireno e acrilato.18-21

Muitas vezes é difícil classificar uma técnica de separação como LAC ou HPPLC já que não é completamente claro se a amostra precipita completamente na fase móvel inicial (diferentes composições químicas das macromoléculas). Nesses casos, a separação pode ser classificada como cromatografia líquida em fase normal (NP-LC) ou cromatografia líquida em fase reversa (RP-LC). Em ambos os casos, a fase móvel inicial e final deve ser um bom solvente para a amostra. No NP-LC, é utilizada uma fase estacionária polar (hidrofílica). A fase móvel inicial é menos polar e a resistência do solvente é aumentada pela adição de um solvente polar. Exemplos típicos são o n-hexano-tetrahidrofurano (THF)22 e o n-hexano-clorofórmio.23 RP-LC utiliza fases estacionárias não polares (hidrofóbicas) e uma fase polar móvel inicial que é modificada no curso do gradiente com um solvente menos polar. Exemplos típicos para este caso são ACN-THF24 e o cloreto de etileno da Nacacacomunik.25