Cromatografie

2.03.3.1 Cromatografie cu adsorbție de lichide și cromatografie de gradient

Care tip de cromatografie de interacțiune necesită o fază mobilă care cuprinde doi sau mai mulți solvenți. În cromatografia de adsorbție lichidă (LAC), fazele mobile inițială și finală sunt solvenți buni pentru polimer. În cele mai multe cazuri, se utilizează silicagel ca fază staționară. Proba injectată în coloană se absoarbe pe suprafața de silice la faza mobilă inițială. În cazul probelor cu masă molară foarte mică, adsorbția poate fi suficient de slabă și poate avea loc desorbția în aceeași compoziție de fază mobilă. În acest caz, eluția are loc în condiții izocratice.

În majoritatea cazurilor și, în special, pentru probele cu masă molară mai mare, adsorbția este prea puternică. Puterea fazei mobile are un efect dramatic asupra retenției. Cu o fază mobilă slabă, timpul de retenție al unui polimer depășește, de obicei, cu mult orice perioadă rezonabilă de lucru experimental. Creșterea puterii de eluție va duce în cele din urmă la o schimbare bruscă a comportamentului opus: polimerul nu este reținut deloc și părăsește coloana la volumul interstițial Vo. O mică modificare a condițiilor de eluție determină trecerea de la retenție zero la infinit. Acest comportament „pornit sau oprit” poate fi înțeles ca o consecință a atașării multiple.3 Polimerii sintetici constau dintr-un număr mare de unități repetate. În principiu, toate acestea au șansa de a deveni adsorbite, dar conformația bobinelor de polimeri adsorbiți cuprinde, de obicei, bucle și cozi care se extind în soluție și trenuri de unități repetate adsorbite. Un lanț polimeric este reținut în faza staționară atâta timp cât cel puțin una dintre unitățile sale de repetiție este adsorbită. Un lanț poate migra numai dacă toate unitățile constitutive se află în faza mobilă. Presupunând un echilibru de adsorbție-desorbție independent pentru fiecare unitate, condiția de mobilitate a unei macromolecule este o funcție a probabilităților corespunzătoare ale unităților de repetiție și a lungimii lanțului. În cazul eluanților slabi și al lanțurilor polimerice lungi, se poate presupune că există întotdeauna o unitate de repetiție care interacționează cu materialul de împachetare. În consecință, probabilitatea ca macromolecula să fie reținută pentru o perioadă foarte lungă de timp este foarte mare. În consecință, în cele mai multe cazuri trebuie să se utilizeze gradienți de solvent pentru a spori puterea solventului din faza mobilă și pentru a echilibra comportamentul de adsorbție-desorbție al macromoleculelor.

LAC a fost aplicat pe scară largă pentru separarea copolimerilor în funcție de compoziția chimică, prima lucrare fiind publicată în 1979 de Teramachi et al.12 Mori și alții au dezvoltat metode de separare pentru diferiți copolimeri stiren-acrilat, în timp ce Mourey și colab. s-au concentrat pe diferite combinații de poliacrilat.13-17

Un alt aspect important al cromatografiei de adsorbție a polimerilor este solubilitatea. Solubilitatea, în general, necesită o schimbare negativă a energiei libere Gibbs la amestecare. Acest lucru este ușor de îndeplinit în cazul soluanților cu masă molară mică datorită contribuției mari a entropiei. În procesele de amestecare cu număr mic de molecule, contribuția TΔSm este atât de mare încât nici măcar valorile pozitive ale ΔHm nu împiedică dizolvarea. Spre deosebire de compușii cu masă molară mică, macromoleculele au în mod normal o ordine scăzută în stare solidă. În plus, aranjamentul regulat al unităților de repetiție de-a lungul lanțului polimeric se păstrează la dizolvare. În plus, în soluții cu concentrații ponderale egale, numărul de particule de solut este mult mai mare în probele cu masă molară mică decât în sistemele polimerice. Astfel, o contribuție entropică la ΔGm va fi mică, iar condiția ΔGm < 0 necesită o modificare negativă a entalpiei, ΔHm < 0. În consecință, parametrii de solubilitate ai solventului trebuie să fie foarte apropiați de cei ai polimerului. În plus față de o solubilitate suficientă a macromoleculelor în faza mobilă, este necesară o anumită putere a solventului din faza mobilă. Având în vedere mecanismul de separare în cromatografia de adsorbție, puterea solventului trebuie să fie suficient de mare pentru a favoriza desorbția macromoleculelor de pe ambalaj.

Un tip de LC care utilizează solubilitatea macromoleculelor cu compoziții chimice diferite este cromatografia lichidă de precipitare de înaltă performanță (HPPLC).3 În HPPLC, faza mobilă inițială este un nesolvent pentru probă, astfel încât proba injectată în coloană să precipite. Apoi se realizează o eluție în gradient prin adăugarea unui solvent bun la probă, iar fracțiunile încep să se redisolveze și să se eluzioneze cu faza mobilă. Deoarece solubilitatea este o funcție a compoziției chimice, HPPLC poate fi utilizată pentru separarea compoziției chimice a copolimerilor și a amestecurilor de polimeri. Exemple de acest tip de separare au fost prezentate de Glöckner și alții pentru copolimerii de stiren și acrilat.18-21

Mai frecvent, este dificil să se clasifice o tehnică de separare ca fiind LAC sau HPPLC, deoarece nu este complet clar dacă proba precipită complet în faza mobilă inițială (compoziții chimice diferite ale macromoleculelor). În astfel de cazuri, separarea poate fi clasificată drept cromatografie lichidă în fază normală (NP-LC) sau cromatografie lichidă în fază inversă (RP-LC). În ambele cazuri, fazele mobile inițială și finală trebuie să fie solvenți buni pentru probă. În NP-LC, se utilizează o fază staționară polară (hidrofilă). Faza mobilă inițială este mai puțin polară, iar puterea solventului este crescută prin adăugarea unui solvent polar. Exemple tipice sunt n-hexan-tetrahidrofuran (THF)22 și n-hexan-cloroform.23 RP-LC utilizează faze staționare nepolare (hidrofobe) și o fază mobilă inițială polară care este modificată pe parcursul gradientului cu un solvent mai puțin polar. Exemplele tipice pentru acest caz sunt ACN-THF24 și ACN-clorură de metilenă.25