Главная > Сценарии > Гель-хроматография как метод определения молекулярной массы. Вэжх системы для гель-проникающей хроматографии Базовая вэжх система для гпх


Гель-хроматография как метод определения молекулярной массы. Вэжх системы для гель-проникающей хроматографии Базовая вэжх система для гпх




Описание

Совместно с немецкой компанией Polymer Standards Service (PSS) — одним из ведущих производителей материалов и оборудования для гель-проникающей хроматографии (ГПХ, GPC) или, по-другому, эксклюзионной хроматографии (SEC) — мы предлагаем комплексные решения для определения средних значений молекулярной массы полимеров (природных, синтетических, биополимеров), молекулярно-массового распределения и характеристик полимерных макромолекул в растворе. В данном методе разделение аналита происходит не за счет адсорбционных взаимодействий с неподвижной фазой, а исключительно по величине гидродинамического радиуса макромолекул.

Для детектирования разделенных по молекулярной массе компонентов всегда используется как минимум один концентрационный детектор (традиционные для ВЭЖХ рефрактометрический и спектрофотометрический , детектор по испарительному светорассеянию), а также специальные детекторы для анализа полимеров: вискозиметрический , детектор по лазерному светорассеянию . В сочетании с концентрационным данные детекторы позволяют определять абсолютную молекулярную массу, конформацию макромолекул в растворе, радиус инерции, гидродинамический радиус, степень разветвленности, константы уравнения Марка-Куна-Хаувинка, вириальные коэффициенты. При наличии калибровочных зависимостей данная система позволяет получить исчерпывающую информацию о макромолекулярных объектах и их поведении в растворах всего за один анализ (~15 мин), в то время как оценка данных характеристик традиционными методами составляет несколько дней.

Для обработки результатов измерений необходимо использовать специальное программное обеспечение. Мы предлагаем гибкие модульные ВЭЖХ системы для гель-проникающей хроматографии (GPC), включающие модули Prominence (насосы , термостат колонок , автодозаторы , рефрактометрический детектор) и специфические модули от компании Polymer Standards Service (PSS) — авторитетного эксперта в области ВЭЖХ анализа полимеров. Для расчетов результатов анализа возможно использование как программного обеспечения Shimadzu GPC Option, интегрированного в стандартную программу LabSolution LC, так и использование программных продуктов PSS — WinGPC SW, поддерживающих специальные детекторы.

Для работы с агрессивными по отношению к традиционно используемых капиллярам и фитингам подвижными фазами (гексафторизопропанол, тетрагидрофуран) возможна комплектация ВЭЖХ систем специальным дегазатором, насосами и автодозатором, компоненты которых устойчивы к указанным растворителям.

Базовые системы для ГПХ

Базовая ВЭЖХ система для ГПХ

Базовая ВЭЖХ система для ГПХ может быть сконфигурирована на базе блоков модели LC-20 Prominence с одним из концентрационных детекторов (спектрофотометрический/диодная матрица SPD-20A/SPD-M20A для поглощающих УФ-излучение полимеров, универсальными рефрактометрическим RID-20A и детектором испарительного светорассеяния ELSD-LT II). Данная система, при наличии подходящих стандартов и калибровочных зависимостей, позволяет определять величину относительной молекулярной массы полимеров, а также оценивать гидродинамические размеры макромолекул в растворе.

Технические характеристики основных модулей
Насос LC-20AD
Тип насоса Двойной параллельный микроплунжерный механизм
Ёмкость камер плунжера 10 мкл
Диапазон скорости потока элюента 0,0001 - 10 мл/мин
Максимальное давление 40 МПа
Точность установки потока 1% или 0,5 мкл (в зависимости от того, что лучше)
Пульсация 0,1 МПа (для воды при 1,0 мл/мин и 7 МПа)
Режим работы постоянный поток, постоянное давление
Насосы можно укомплектовать дополнительным устройством для автоматической промывки плунжера. Насосы оборудованы датчиком течи. Материал плунжера насоса — стойкий к агрессивным средам (сапфир).
Рефрактометрический детектор RID-20A
Источник излучения Вольфрамовая лампа, время работы 20000 час
Диапазон показателя преломления (RIU) 1,00 - 1,75
Термостатирование оптического блока 30 - 60С° с двойным контролем температуры оптической системы
Рабочий диапазон скоростей потока Возможность работы в широком диапазоне использования (от аналитического режима до препаративной хроматографии) без замены измерительной ячейки: от 0,0001 до 20 мл/мин в аналитическом режиме; до 150 мл/мин в препаративном режиме
Шум 2,5×10 -9 RIU
Дрейф 1×7 -7 RIU/час
Диапазон линейности 0,01-500×10 -6 в аналитическом режиме
1,0-5000×10 -6 в препаративном режиме
Переключатель потоковых линий соленоидный вентиль
Макс. рабочее давление 2 МПа (20 кгс/см²)
Объем ячейки 9 мкл
Настройка нуля оптический баланс (оптический ноль);
авто-ноль, тонкая настройка нуля сдвигом базовой линии
Термостат колонок с принудительной конвекцией воздуха СТО-20А
Диапазон контролируемых температур от 10C° выше комнатной до 85C°
Точность контроля температуры 0,1C°
Внутренний объем термостата 220×365×95 мм (7,6 л)
Вместимость термостата 6 колонок; кроме колонок могут быть установлены 2 ручных инжектора, градиентный смеситель, два переключающих крана высокого давления (6-ти или 7-ми портовых), кондуктометрическая ячейка
Возможности линейное программирование температуры; отслеживание и сохранение в файл изменений параметров колонки, количества анализов, количества прошедшей подвижной фазы (при установке опционного устройства CMD)
Контроль рабочих параметров датчик утечки растворителя; система защиты от перегрева

Детектор светорассеяния

Детектор многоуглового светорассеяния SLD7100 MALLS (PSS)

Детектор многоуглового светорассеяния SLD7100 MALLS (PSS) позволяет производить измерения статического светорассеяния одновременно под семью углами (35, 50, 75, 90, 105, 130, 145°) и определять абсолютные величины молекулярных масс, истинные параметры молекулярно-массового распределения, оценивать размеры и конформацию макромолекул в растворе . Данный детектор устраняет необходимость использования каких-либо стандартов, а также может служить в качестве емкостного инструмента (без ВЭЖХ системы) без каких-либо дополнительных модификаций.

Вискозиметрический детектор (PSS, Германия)

Вискозиметрический детектор DVD1260 (PSS)

Вискозиметрический детектор DVD1260 (PSS) при использовании в составе ВЭЖХ системы LC-20 Prominence позволяет определять средние молекулярные массы и параметры молекулярно-массового распределения , используя метод универсальной калибровки, незаменимый для макромолекул со сложной и глобулярной архитектурой, а также характеристическую вязкость, константы уравнения Марка-Куна-Хаувинка, степень разветвления, вириальные коэффициенты и конформацию макромолекул в растворе , исходя из определенных моделей, уже заложенных в программное обеспечение. Уникальная измерительная ячейка детектора представляет собой четырехплечевой асимметричный капиллярный мост, не содержащий, в отличие от всех имеющихся на рынке аналогов, ячеек запаздывания (hold-up columns) — в сравнительном контуре встроен специальный разбавительный резервуар, что позволяет сократить время анализа по крайней мере вдвое и избежать появления отрицательных системных пиков. Погрешность поддержания температуры в ячейке составляет менее 0,01 °C , что является первоочередным критичным фактором в вискозиметрическом анализе.

Технические характеристики:
Питание От 110 до 260 В; 50/60 Гц; 100 ВА
Диапазон разницы давлений (DP) -0,6 кПа — 10,0 кПа
Диапазон давления на входе (IP) 0-150 кПа
Объем измерительной ячейки 15 мкл
Разбавительный компенсационный объем (резервуар) 70 мл
Скорость сдвига (1,0 мл/мин) < 2700 с -1
Уровень шума 0,2 Па, сигнал разности давлений, 5 °С
Аналоговый выход 1,0 В / 10 кПа FSD разность давлений
1,0 В / 200 кПа FSD давление на входе
Общий объем детектора Около 72 мл (включая резервуар)
Макс. скорость потока 1,5 мл/мин
Точность задания температуры ±0,5 °C
Стабильность температуры Не хуже 0,01 °C
Цифровой интерфейс RS-232C, USB, Ethernet
Скорость передачи данных (бод) 1200 - 115200
Цифровые входы Промывка, Обнуление, Инжекция, Ошибка
Цифровые выходы Инжекция, Ошибка
Масса Около 4 кг
Размеры (Ш, В, Г) 160×175×640 мм

Аксессуары


Для работы в режиме ГПХ и построения калибровочных зависимостей мы предлагаем широкий выбор колонок для ГПХ, заполненных гелями (неподвижная фаза) и элюентами самой разной химической природы (полярных и неполярных), предназначенных для анализа как высокомолекулярных полимеров, так и олигомеров, а также стандартных полимерных объектов .

Колонки для гель-проникающей хроматографии (GPC, SEC):

  • для любых органических элюентов: PSS SDV, GRAM, PFG, POLEFIN (до 200 °C);
  • для водных элюентов: PSS SUPREMA, NOVEMA, MCX PROTEEMA;
  • колонки с монодисперсным распределением пор по размерам либо смешанного типа для получения абсолютно линейных калибровок;
  • для определения низких и высоких значений ММ;
  • готовые наборы колонок для расширения диапазона определяемых молекулярных масс;
  • для синтетических и биополимеров;
  • решения от микро ГПХ до препаративных систем;
  • колонки для быстрых разделений.

Колонки могут поставляться в любом выбранном вами элюенте.

Стандарты для гель-проникающей хроматографии (GPC, SEC):

  • индивидуальные стандартные образцы и готовые наборы стандартов;
  • растворимые в органических растворителях:
    • полистирол
    • поли(α-метилстирол)
    • полиметилметакрилат
    • поли(н-бутилметакрилат)
    • поли(трет-бутилметакрилат)
    • полибутадиен-1,4
    • полиизопрен-1,4
    • полиэтилен
    • поли(2-винилпиридин)
    • полидиметилсилоксан
    • полиэтилентерефталат
    • полиизобутилен
    • полилактид
  • растворимые в водных системах:
    • декстран
    • пуллулан
    • гидроксиэтилированный крахмал
    • полиэтиленгликоли и полиэтиленоксиды
    • Na-соль полиметакриловой кислоты
    • Na-соль полиакриловой кислоты
    • Na-соль поли(п-стиролсульфокислоты)
    • Поливиниловый спирт
    • протеины
  • MALDI стандарты, наборы для валидации детекторов по светорассеянию (LSD) и вискозиметрии;
  • дейтерированные полимеры;
  • полимеры и стандарты, изготавливаемые под заказ.

5. Гель-хроматография

Гель-фильтрация (синоним гель-хроматография) - метод разделения смеси веществ с различными молекулярными массами путем фильтрации через различные так называемые ячеистые гели.

Неподвижной фазой в гель-хроматографии является растворитель, находящийся в порах геля, а подвижной – сам растворитель, т.е и подвижную и неподвижную фазы составляет одно и тоже вещество или одна и та же смесь вещества. Гель готовят на основе, например, декстрана, полиакриламида или других природных и синтетических соединений.

В отличии от других хроматографических методов, использующих различия в химических свойствах разделяемых веществ, проявляющихся при их распределении между стационарной и подвижной фазами, разделение основано на ситовом эффекте, характерном для гелей с определенным радиусом пор. Растворитель (подвижная фаза) заполняет как внешний объем между зернами геля, так и внутренний объем пор. Объем растворителя между зернами геля – V м называют промежуточным, транспортным или мертвым объемом, а внутренний объем пор – V п рассматривается как объект стационарной фазы. Когда в колонку вводят пробу, содержащую несколько типов ионов или молекул с разными размерами, то они стремятся из подвижной фазы проникнуть внутрь пор. Такое проникновение обусловлено энтропийным распределением, поскольку концентрация молекул разделяемых веществ в наружном растворе оказывается выше, чем в поровом пространстве. Но оно становится возможным только в том случае, если размеры ионов или молекул меньше диаметра пор.


Рис 5 Общий вид градуировочной кривой в гель-хроматографии:

1 – область исключения, где все молекулы имеют размер больше m 2 ;

2 – область проникновения или разделения, где размеры молекул лежат в интервале от m 1 и m 2 ;

3 - область, где происходит полное проникновение молекул с размерами менее m 1.

В процессе гель-хроматографирования могут быть отделены крупные молекулы, которые гелем не сорбируются, так как их размеры превышают размеры пор, от мелких, которые проникают в поры, а затем могут быть элюированы. Проводятся и более тонкие разделения, так как размеры пор можно регулировать, изменяя, например, состав растворителя и, как следствие, набухаемость геля. Гель-хроматография может быть выполнена в колоночном варианте и в тонкослойном.

Применяемые на практике гели обычно подразделяют на мягкие, полужесткие и жесткие. Мягкими гелями являются высокомолекулярные органические соединения с незначительным числом поперечных связей. Фактор емкости, равный отношению объема растворителя внутри геля к его объему вне геля, у них равен 3. При набухании они значительно увеличивают собственный объем. Это сефадексы или декстрановые гели, агарочные гели, крахмал и др. Они применяются для разделения смесей низкомолекулярных веществ, часто в тонкослойном варианте. Хроматографирование на мягких гелях называют гель - фильтрацией.

Полужесткие гели получают путем полимеризации. Большое распространение получили стирогели - продукты сополимеризации стирола и дивинилбензола с большим числом поперечных связей. Фактор емкости полужестких гелей лежит в пределах 0,8...1,2, их объем при набухании увеличивается не очень значительно (в 1,2...1,8 раза). Хроматографирование на полужестких гелях называют гель-проникающей хроматографией.

К жестким гелям относят силикагели и часто пористые стекла, хотя они и не являются гелями. Жесткие гели имеют небольшой фактор емкости (0,8...1,1) и фиксированный размер пор. Эти материалы используют в гель-хроматографии при высоком давлении.

Растворители гель-хроматографии должны растворять все компоненты смеси, смачивать поверхность геля и не адсорбироваться на ней.

Практическое применение гель-хроматографии связано, главным образом, с разделением смеси высокомолекулярных соединений, хотя нередко они используются для разделения и низкомолекулярных, так как разделение этим методом возможно при комнатной температуре.

6. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЖКХ)

Высокоэффективная жидкостная хроматография – наиболее эффективный метод анализа органических проб сложного состава. Процесс анализа пробы делится на 2 этапа:

· разделение пробы на составляющие компоненты;

· детектирование и измерение содержания каждого компонента.


Задача разделения решается при помощи хроматографической колонки, которая представляет собой трубку, заполненную сорбентом. При проведении анализа через хроматографическую колонку подают жидкость (элюент) определенного состава с постоянной скоростью. В этот поток вводят точно отмеренную дозу пробы.

Компоненты пробы, введенной в хроматографическую колонку, из-за их разного сродства к сорбенту колонки двигаются по ней с различными скоростями и достигают детектора последовательно в разные моменты времени.

Таким образом, хроматографическая колонка отвечает за селективность и эффективность разделения компонентов. Подбирая различные типы колонок можно управлять степенью разделения анализируемых веществ. Идентификация соединений осуществляется по их времени удерживания. Количественное определение каждого из компонентов рассчитывают, исходя из величины аналитического сигнала, измеренного с помощью детектора, подключенного к выходу хроматографической колонки.

При анализе соединений с низкими ПДК (биогенные амины, полиароматические углеводороды, гормоны, токсины) из-за трудоемкости подготовки реальных проб особенно важной характеристикой становится чувствительность и селективность метода. Применение флуориметрического детектора позволяет не только снизить пределы обнаружения, но и селективно выделить анализируемые вещества на фоне матричных и сопутствующих компонентов пробы.

Метод ВЭЖХ применяется в санитарно-гигиенических исследованиях, экологии, медицине, фармацевтике, нефтехимии, криминалистике, для контроля качества и сертификации продукции.

В качестве блока подачи элюента используется насос "Питон" шприцевого типа, который имеет следующие особенности:

· отсутствие пульсаций давления при подаче растворителя;

· большой диапазон объемных скоростей потока;

· большой объем камеры насоса;

· расширяемость (возможность сочетать несколько блоков для создания градиентной системы).

В хроматографической системе могут использоваться различные типы детекторов, например, "Флюорат-02-2М" (спектральная селекция осуществляется фильтрами) или "Флюорат-02 Панорама" (спектральная селекция осуществляется монохроматорами).

7. Применение

Жидкостная хроматография важнейший физико-химический метод исследования в химии, биологии, биохимии, медицине, биотехнологии. Ее используют для анализа, разделения, очистки и выделения аминокислот, пептидов, белков, ферментов, вирусов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, гормонов и т. д.; изучения процессов метаболизма в живых организмах лекарственных препаратов; диагностики в медицине; анализа продуктов химического и нефтехимического синтеза, полупродуктов, красителей, топлив, смазок, нефтей, сточных вод; изучения изотерм сорбции из раствора, кинетики и селективности хим. процессов.

В химии высокомолекулярных соединений и в производстве полимеров с помощью жидкостной хроматографии анализируют качество мономеров, изучают молекулярно-массовое распределение и распределение по типам функциональности олигомеров и полимеров, что необходимо для контроля продукции. Жидкостную хроматографию используют также в парфюмерии, пищевой промышленности, для анализа загрязнений окружающей среды, в криминалистике.


Заключение

Начало ХХ века ознаменовалось открытием хроматографического метода анализа, обогатившего и объединившего различные области науки, без которых немыслим научный прогресс XXI века. Внедрение хроматографических методов, и в первую очередь жидкостной хроматографии, в медицину позволило решить многие жизненно важные проблемы: исследование степени чистоты и стабильности лекарственных средств, препаративное выделение индивидуальных гормональных препаратов (например, инсулина, интерферона), количественное определение в биологических объектах нейромедиаторов: адреналина, норадреналина. С наличием этих веществ в живом организме связывают способность к запоминанию, обучению, приобретению каких-либо навыков. Идентификация методами ВЭЖХ стероидов, аминокислот, аминов и других соединений оказалась крайне важной при диагностике некоторых наследственных заболеваний: инфаркта миокарда, диабета, различных заболеваний нервной системы. Одной из актуальных задач клинической медицины для экспресс-диагностики является проведение так называемого профильного анализа компонентов биологического объекта, осуществляемого методами жидкостной хроматографии, что позволяет не проводить идентификацию каждого пика, а сопоставлять профили хроматограмм для заключения о норме или патологии. Обработка огромного массива информации осуществляется только с использованием ЭВМ (метод получил название "метод распознавания образов").


Список литературы

1. Васильев В. П. Аналитическая химия, В 2 кн. Кн. 2 Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004 – 384 с.

2. Москвин Л.Н., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии. – Л.: Химия, 1991. – 256 с.

3. http://bibliofond.ru/view.aspx?id=43468

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Бумажная_хроматография

5. http://referats.qip.ru/referats/preview/93743/6

6. http://www.curemed.ru/medarticle/articles/12186.htm

7. http://www.lumex.ru/method.php?id=16

8. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1544.html

9. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/1110.html

Транскрипт

1 УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ им. А.Н.НЕСМЕЯНОВА. НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ПО ФИЗИКЕ И ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ ПОЛИМЕРОВ Задача спецпрактикума Благодатских И.В. МОСКВА

2 Оглавление. ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИИ ПОЛИМЕРОВ. Движущие силы и режимы хроматографии полимеров..характеристики хроматографического пика. Концепция теоретических тарелок..3 Основы метода эксклюзионной (гель-проникающей) хроматографии. ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО АНАЛИЗУ ММР ПОЛИМЕРА МЕТОДОМ ГЕЛЬ- ПРОНИКАЮЩЕЙ ХРОМАТОГРАФИИ 3. ЛИТЕРАТУРА. ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИИ ПОЛИМЕРОВ.. Движущие силы и режимы хроматографии полимеров. Хроматография - метод разделения веществ путем распределения между двумя фазами, одна из которых подвижна, а другая неподвижна. Роль подвижной фазы в жидкостной хроматографии играет жидкость (элюент), движущаяся в каналах между частицами вдоль колонки, заполненной пористым материалом (см. рис.). Рис.. Движение макромолекулы в хроматографической колонке: d k - размер каналов между частицами неподвижной фазы; d n - размер пор; R - размер макромолекулы; t s - время, проведенное макромолекулой в поре, t m - в подвижной фазе. Неподвижной фазой являются поры сорбента, заполненные жидкостью. Средняя скорость передвижения этой фазы вдоль оси колонки равна нулю. Анализируемое вещество перемещается вдоль оси колонки, двигаясь вместе с подвижной фазой и время от времени делая остановки при попадании в неподвижную фазу. Этот процесс иллюстрирует рис., где схематически изображено скачкообразное движение макромолекулы с размером R по каналам с размером d, соответствующим размеру частиц. Молекулы делают остановки в щелевидных порах, размер которых по порядку величины соответствует размеру макромолекул. Время между последовательными остановками может быть записано как:

3 t t s + t m + t k, () где t s - время пребывания молекулы в неподвижной фазе, t m d - время, проведенное молекулой в подвижной фазе (D - D коэффициент поперечной диффузии, t k - время перехода из подвижной фазы в неподвижную и обратно). Обычно в процессах высокоэффективной жидкостной хроматографии (Hgh Performance Lqud Chromatography в англоязычной литературе) в ее аналитическом варианте это время t k много меньше первых двух и его можно опустить в формуле (). Если число остановок при движении по колонке достаточно велико, то и общее время движения макромолекулы по колонке достаточно велико, по сравнению с характерным временем установления равновесия. В этом случае для определения вероятности нахождения макромолекулы в единице объема неподвижной фазы по отношению к подвижной фазе (или коэффициента распределения K d равного отношению концентраций в данных фазах) можно использовать методы равновесной термодинамики. А именно, коэффициент распределения будет определяться свободной энергией перехода макромолекулы из подвижной фазы в неподвижную: T S H G RT Kd exp exp () RT Для цепи, состояшей из N сегментов, K exp(N µ), (3) d где µ - изменение химического потенциала сегмента. Коэффициент распределения в хроматографии является фундаментальным понятием и определяется следующим образом: VR V K d (4) Vt V где V R - объем с которым выходит из колонки данное вещество, V - объем подвижной фазы, определяемый по выходу наиболее крупных макромолекул не попадающих в поры, V t - объем элюирования веществ, выходящих вместе с фронтом растворителя. Из (3) сразу можно видеть, что в зависимости от знака G, макромолекулы ведут себя различным образом при попадании в пору (см.рис.) : Рис.. если G>, то K d стремится к с ростом длины макромолекулы (при этом уменьшается и объем элюирования). Это соответствует эксклюзионному режиму хроматографии. При G< K d экспоненциально растет с ростом ММ и это соответствует адсорбционному режиму хроматографии. Таким образом, оба режима хроматографии могут рассматриваться в рамках единого механизма и, более того, плавно меняя энергию взаимодействия сегмента с поверхностью сорбента за счет состава растворителя или температуры, можно обратимо переходить от одного режима к другому. Экспериментально это было впервые показано в работе Тенникова и др. . Точка (для данной пары полимер - сорбент - это состав растворителя и температура), соответствующая равенству G, при которой происходит компенсация энтропийных потерь и энергетического выигрыша при каждом соударении сегмента макромолекулы со стенкой поры называется критической точкой адсорбции или критическими условиями хроматографии. Как видим, в этих условиях не происходит деления по ММ и это обстоятельство является предпосылкой для использования режима критической хроматографии для исследования разных типов молекулярной неоднородности полимеров, таких как число функциональных групп на концах цепи, состав блоксополимеров, топология 3

4 (наличие разветвленных или циклическтх макромолекул). Этот хроматографический метод является относительно новым и некоторые наиболее интересные результаты его применения можно найти, например, в работах [,3,4]. Режим хроматографии, соответствующий условию G< широко применяется для разделения низкомолекулярных соединений и называется, в зависимости от химической природы функциональных групп на поверхности сорбента, адсорбционной, нормальнофазной, обращеннофазной, ионпарной и т.д. хроматографией. Для полимеров его применение ограничено областью слабых взаимодействий вблизи критических условий и областью олигомерных макромолекул, т.к. с ростом длины цепи мы переходим к практически необратимой адсорбции макромолекулы на колонке. Наиболее важным для полимеров является режим эсклюзионной хроматографии или, как его еще называют, гельпроникающей хроматографии. Этот режим более подробно будет рассмотрен в следующем разделе, а сейчас мы перейдем к описанию некоторых важнейших хроматографических характеристик... Характеристики хроматографического пика. Концепция теоретических тарелок. После прохождения через хроматографическую колонку узкой зоны какого-либо монодисперсного вещества, на выходе мы получаем расширенную зону в виде пика приблизительно гауссова по форме (в случае хорошо упакованной колонки и правильно выбранной скорости хроматографии). Причины расширения пика лежат в различных диффузионных процессах, сопровождающих движение молекул вдоль колонки (см. например, соотношение ()). Наиболее важные характеристики пика - объем элюирования или V R или объем удерживания (относится к центру пика) и дисперсия пика, т.е. второй центральный момент (см.рис.3): σ h V V dv R. (5) Справедливы следующие соотношения между величинами, показанными на рис.3: σ, 43W W b. (6) 4 Рис. 3. Модель гауссова пика. Параметры уширения пика. Часто все эти величины выражаются в единицах времени, тогда говорят о времени удерживания и т.д., однако, в этом случае скорость потока элюента должна быть строго фиксирована. Существует простая феноменологическая теория описания относительного вклада расширения зоны в хроматографическое разделение. Это - теория тарелок. Хроматографическая колонка мысленно делится на ряд последовательных зон, в каждой из которых достигается полное равновесие между растворенным веществом в подвижной и неподвижной фазе. Физическую основу этого подхода составляет скачкообразное движение, описанное в начале первого раздела, и число теоретических тарелок в колонке связано с числом остановок при попадании в неподвижную фазу за время движения данного вещества по колонке. Чем больше это число, тем больше число теоретических тарелок и тем выше эффективность колонки. Число теоретических тарелок определяется следующим образом: 4

5 VR N σ V 5,54 W R V 6 W R b. (7) Поскольку эта величина меняется при изменении объема элюирования, правильно для характеристики эффективности колонки использовать неудерживаемое вещество, выходящее при K d..3. Основы метода эксклюзионной (гель-проникающей) хроматографии. Эксклюзионная хроматография (Sze Excluson Chromatography, SEC) или гель-проникающая хроматография (ГПХ, Gel Permeaton Chromatography, GPC) реализуется, когда поведение макромолекул в порах определяется энтропийной составляющей свободной энергии, а энергетическая составляющая мала по сравнению с ней. В этом случае, коэффициент распределения будет экспоненциально зависеть от соотношения размера макромолекулы и размера пор. Скейлинговая теория предсказывает сдедующие закономерности для случая пор соизмеримых с размером макромолекулы R K d Aexp D α, (8) где R an - характерный радиус идеальной цепи или 3 R an 5 для цепи с объемным взаимодействием, D - диаметр пор, α - показатель степени от 4/3 до в зависимости от принятой модели пор (щель, капилляр, полоса) и модели цепи (идеальная или неидеальная). Таким образом, поведение макромолекул в условиях эксклюзионной хроматографии определяется размером цепи. Размер макромолекулы определяется ее химическим строением, числом звеньев в цепи (или молекулярной массой), топологией (например, размер разветвленной макромолекулы или макроцикла уменьшается по сравнению с линейной макромолекулой того же химического строения). Кроме того, размер гибких макромолекул в определенной степени зависит от использованного растворителя благодаря эффекту исключенного объема. Тем не менее, метод ГПХ получил широкое распространение в лабораторной практике как метод разделения по молекулярным массам, определения средних молекулярных масс и молекулярно-массовых распределений (ММР). Развитие метода началось с середины 5-х годов, когда были созданы первые широкопористые органические сорбенты для высокоэффективной гель-проникающей хроматографии. Как можно видеть из соотношений (8), метод не является абсолютным для определения молекулярных масс, но требует соответствующей калибровки по стандартным (желательно, узкодисперсным) образцам с известной ММ, связывающей объем (или время) удерживания с ММ. Рисунок 4 иллюстрирует калибровочные кривые для полистирола в терминах lg V R на полужестких органических сорбентах фирмы Waters (crostyragel) с различным размером пор. Для анализа какого-либо полимера по молекулярным массам необходимо подобрать колонку с подходящим размером пор или серию колонок с разными порами или воспользоваться колонкой со смесью сорбентов с разными порами (колонка Lnear в приведенном примере). Разумеется, чтобы использовать метод ГПХ для анализа ММР необходимо обеспечить условия реализации эксклюзионного механизма разделения, не осложненного эффектами взаимодействия как срединных, так и концевых звеньев цепи. Речь идет об адсорбционном взаимодействии из неполярного растворителя или обращено-фазном взаимодействии неполярных фрагментов цепи при хроматографии гидрофильных полимеров в водной среде. Кроме того, водорастворимые полимеры, содержашщие ионизированные группы, способны к сильным электростатическим взаимодействиям и требуют особенно тщательного подбора условий хроматографии. Подбор условий включает в себя выбор подходящих по химическому строению для конкретного анализа сорбента и растворителя (элюента). 5

6 Рекомендации можно найти в руководствах фирмпроизводителей хроматографического оборудования, а также в справочниках и монографиях (см., напр. ), 6 V R, мл Рис. 4. Калибровочные кривые для колонок µstyragel. На рисунке указана фирменная маркировка колонок величиной, характеризующей размер пор сорбента, которая равна длине вытянутой цепи полистирола, исключенной по стерическим причинам из пор. Хроматографическая колонка является сердцем жидкостного хроматографа. В состав хроматографа входит, кроме того, ряд необходимых дополнительных устройств:)система подачи элюента (насос), обеспечивающая стабильный поток,) система ввода пробы без остановки потока (инжектор или автосамплер), 3)детектор - устройство, обеспечивающее формирование сигнала пропорционального концентрации вещества на выходе из колонки (детекторы бывают различного типа, наиболее популярны в гель-проникающей хроматографии рефрактометрические и спектрофотометрические детекторы), и 4) системы сбора и обработки данных на базе персонального компъютера. В современных хроматографах часто управление работой всех частей хроматографа также производится посредством управляющей программы, объединенной с системой обработки данных. Хроматограмма полимера, полученная в условиях эксклюзионной хроматографии F(V) является отражением функции его молекулярно-массового распределения W(). В силу закона сохранения вещества: F V dv W d (9) Для перехода от хроматограммы к функции ММР необходимо иметь калибровочную функцию V f(), тогда искомая функция будет W F(f) df () d Эти соотношения записаны без учета приборного уширения (ПУ). Реальная хроматограмма является результатом разделения образца по ММ при движении по колонке и одновременном перемешивании полимергомологов за счет размывания зон. Поэтому функцию F(W) в соотношении (9) следует понимать как хроматограмму исправленную на ПУ. Эта функция является решением интегрального уравнения Фредгольма I рода. Известно достаточно много способов коррекции на ПУ. См., например, . Однако, в современных высокоэффективных хроматографических системах в большинстве случаев вклад ПУ в хроматограмму невелик по сравнению с ММР и им можно пренебречь. Важнейшей процедурой является калибровка хроматографа по ММ исследуемого полимера. При наличии соответствующих узкодисперсных стандартов с разными ММ, определяют для них объемы элюирования (V R или Ve) и строят калибровочную зависимость подобную той, что показана на рис.4. Обычно калибровочное соотношение ищут в форме (): n lg C V e () Наиболее часто применяются полиномы первой или третьей степени. Полиномы нечетных степеней (3. 5, 7) наиболее точно описывают характерную форму калибровочных кривых с верхним и нижним пределами по ММ.. Наборы узкодисперсных стандартов существуют для таких полимеров как полистирол, полиизопрен, полиметилметакрилат,

7 полиэтиленоксид, декстраны и некоторые другие. Можно воспользоваться, кроме того, методом универсальной калибровки, впервые введенным в практику Бенуа и сотрудниками . Метод основан на том обстоятельстве, что гидродинамический объем макромолекул пропорционален произведению характеристической вязкости на молекулярную массу полимера и может быть использован как функция элюирующего объема в качестве универсального параметра для разных полимеров. Тогда мы строим универсальное калибровочное соотношение (), () lg η n BV e, () пользуясь набором каких-либо стандартов и известным соотношением Марка-Куна-Хаувинка (3): η K a. (3) Для перехода от соотношения вида () к калибровочной зависимости () для исследуемого полимера достаточно воспользоваться соответствующим ему соотношением Марка- Куна-Хаувинка, после чего получим (4): lg n B V e + a lg K. (4) В результате из даных гель-проникающей хроматографии можно найти средние молекулярные массы разной степени усреднения, которые, по определению, представляют собой следующие величины: () n - среднечисленная ММ, W () d W d w z W d W d W d W d - среднемассовая ММ, - z-средняя ММ. Отношения ММ разной степени усреднения характеризуют статистическую ширину ММР. Наиболее часто применяют отношение w / n, которое называют индексом полидисперсности. 4. ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО АНАЛИЗУ ММР ПОЛИМЕРА МЕТОДОМ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩЕЙ ХРОМАТОГРАФИИ Цель работы: Познакомиться с работой жидкостного хроматографа, методикой проведения хроматографического эксперимента, методикой калибровки хроматографа по узкодисперсным полимерным стандартам и расчета средних молекулярных масс. Оборудование:)Жидкостной хроматограф, состоящий из насоса, инжектора, термостата колонок, колонки с полимерным сорбентом и системы обработки данных на базе персонального компъютера.)Набор узкодисперсных стандартов с разными ММ (полистирольных или полиэтиленоксидных). 3) Исследуемый образец с неизвестными молекулярными массами. Порядок работы:) Приготовление раствора смеси стандартов. 7

8 ) Получение хроматограммы стандартов и определение их объемов удерживания (V e). 3) Построение калибровочной зависимости в виде (). 4) Приготовление раствора исследуемого полимера. 5) Получение хроматограммы исследуемого полимера. 6) Расчет средних ММ образца. На рисунке 5 представлен типичный пример хроматограммы полимерного образца, подготовленный для расчета средних ММ, а именно, проведена базовая линия, определяющая начало и конец хроматограммы, и затем хроматограмма разбита на равные доли вдоль оси времени, так называемые слайсы. n w z A, A A A, A A. Рис. 5. Для каждого слайса определяется его площадь A и молекулярная масса, соответствующая его середине, вычисляется из калибровочной зависимости. Затем вычисляются средние молекулярные массы: 8

9 3. ЛИТЕРАТУРА. М.Б.Тенников, П.П.Нефедов, М.А.Лазарева, С.Я.Френкель, О едином механизме жидкостной хроматографии макромолекул на пористых сорбентах, Высокомолек. соед, А, 977, т.9, N.3, с С.Г.Энтелис, В.В.Евреинов, А.И.Кузаев, Реакционноспособные олигомеры, М: Химия, Т.М.Зимина, Е.Е.Кевер, Е.Ю.Меленевская, В.Н.Згонник, Б.Г.Беленький, Об экспериментальной проверке концепции хроматографичкской "невидимости" в критической хроматографии блоксополимеров, Высокомолек. соед., А, 99, т.33, N6, с И.В.Благодатских, А.В.Горшков, Исследование адсорбционных свойств кольцевых макромолекул в критической области, Высокомолек. соед., А, 997, т.39, N6, с А.М.Скворцов, А.А.Горбунов, Скейлинговая теория хроматографии линейных и кольцевых макромолекул, Высокомолек. соед., А, т.8, N8, с Б.Г.Беленький, Л.З.Виленчик, Хроматография полимеров, М: Химия, W.W.Yau, J.J.Krkland, D.D.Bly, odern Sze-Excluson Lqud Chromatography, New York: John Wley & Sons, Е.Л.Стыскин, Л.Б.Ициксон, Е.Б.Браудо. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография. Москва Ch Wu, Ed.Column Handbook for Sze Excluson Chromatography, N-Y: Academc Press..Z.Grubsc, R.Rempp, H.Benor, J. Polym. Sc., B, 967, v.5, p


УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ им. А.Н.НЕСМЕЯНОВА. НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ПО ФИЗИКЕ И ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ Благодатских И.В ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ ПОЛИМЕРОВ

1 Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 7. Фракционирование макромолекул 2 1. Понятие о фракционировании. 2. Препаративное фракционирование. 3. Метод турбидиметрического титрования. 4. Гель-проникающая

Лабораторная работа 7б Хроматографическое определение состава газовой фазы почв. Хроматография (от греч. chroma, родительный падеж chromatos цвет, краска) - физико-химический метод разделения и анализа

8. Вопросы 1. Дайте определение хроматографии. 2. Какие особенности хроматографии позволяют достичь лучшего разделения веществ с близкими свойствами по сравнению с другими методами разделения. 3. Перечислите

Московский физико-технический институт (Государственный университет) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция Газовая хроматография Теория и принципы г. Долгопрудный, ноября г.

04.07 Московский физико-технический институт Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 8 Хроматография г. Долгопрудный, 6 апреля 07г. План. История возникновения

Московский физико-технический институт (Государственный р университет)) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция 0 Газовая хроматография г. Долгопрудный, 5 ноября 0г. План. История

Аналитическая химия 4 семестр, Лекция 17. Модуль 3. Хроматография и другие методы анализа. Хроматография. Принцип и классификация методов. 1. Принцип хроматографического разделения. Стационарная и подвижная

Открытие хроматографии(1903 г.) МИХАИЛ СЕМЕНОВИЧ ЦВЕТ (1872-1919) Основные этапы развития хроматографии 1903 г. Открытие хроматографии (Цвет М.С.) 1938 г. Тонкослойная или планарная хроматография (Измайлов

Московский физико-технический институт (Государственный университет) Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 7 Газовая и жидкостная хроматография. Практическая

ГЛАВА 7 ГАЗОЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ Как метод анализа хроматография была предложена русским ботаником М. С. Цветом для решения частной задачи определения компонентов хлорофилла. Метод оказался универсальным.

Московский физико-технический институт Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 9 Газовая хроматография Техника и методы эксперимента г. Долгопрудный, 3 апреля

Тема 5. Основы реологии. Вязкость растворов полимеров. Теоретическая часть. Вязкие жидкости и растворы высокомолекулярных веществ (ВМС) по характеру течения делятся на ньютоновские и неньютоновские. Ньютоновские

Преимущества колонок Agilent AdvanceBio SEC для эксклюзионной хроматографии при анализе биофармацевтических препаратов Сравнение колонок различных производителей для повышения качества данных Обзор технической

Московский физико-технический институт (Государственный университет) Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 9 Жидкостная хроматография Методы и техника г.

Журнал Аналитической химии, 5, том 6, 7, c. 73-78 УДК 543.544 Моделирование газовой хроматографии при заданной зависимости константы Генри от температуры. 5г. Прудковский А.Г. Институт геохимии и аналитической

Колонки для эксклюзионной хроматографии Agilent AdvanceBio SEC для анализа агрегации: совместимость с приборами Обзор технической информации Введение Колонки Agilent AdvanceBio SEC это новое семейство

МУЛЬТИДЕТЕКТОРНая ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩая ХРОМАТОГРАФИя для АНАЛИЗа ПОЛИМЕРОВ К.Свирский, Agilent Technologies, [email protected] Гель-проникающая хроматография единственная хроматографическая методика,

АННОТАЦИЯ рабочей программы учебной дисциплины «Введение в хроматографические методы анализа» по направлению подготовки 04.03.01 Химия по профилю подготовки «Аналитическая химия» 1. Цели освоения дисциплины

46. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ Хроматографическими называют многостадийные методы разделения, в которых компоненты образца распределяются между двумя фазами неподвижной и подвижной. Неподвижная

МИНОБРНАУКИ РОССИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Аннотированная рабочая программа дисциплины Хроматографические методы анализа Направление подготовки

Научно-технологическая компания СИНТЕКО М Е Т О Д И К А КОЛИЧЕСТВЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КОФЕ И ЧАЯ НА СОДЕРЖАНИЕ КОФЕИНА МЕТОДОМ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ. ДЗЕРЖИНСК 1997г. 1 Настоящий документ распространяется

Лекция 7 (9.05.05) ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ Всякая термодинамическая система, под которой мы понимаем совокупность большого числа молекул, при неизменных внешних условиях приходит в состояние термодинамического

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им. А.М. Горького» ИОНЦ «Экология и природопользование»

Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 5 (-Температура). -температура и идеальность раствора.. -температура и фазовые равновесия. 3. -температура и размеры макромолекулярных клубков. .. Влияние

Лекция 6 Хроматографические методы анализа План лекции 1. Понятия и термины хроматографии. 2. Классификация хроматографических методов анализа. Хроматографическое оборудование. 3. Виды хроматографии: газовая,

Теория реального вещества. Наукой представлено большое число теории или законов реального газа. Наиболее известный закон реального газа Ван-дер-Ваальса, который увеличивает точность описания поведения

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ П Р О Г Р А М М А С П Е Ц И А Л Ь Н О Г О К У Р С А «ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ 5 КУРСА СПЕЦИАЛЬНОСТИ

Лекция 7. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 1. Поверхностное натяжение 1.1. Поверхностная энергия. До сих пор мы не учитывали существования границы раздела различных сред*. Однако ее наличие может оказаться весьма

Вязкоупругость полимерных жидкостей. Оснвные свойства полимерных жидкостей. К полимерным жидкостям с сильно переплетенными цепями относятся полимерные расплавы, концентрированные растворы и полуразбавленные

Московский физико-технический институт (Государственный р университет)) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция 9 Хроматография. Введение г. Долгопрудный, 9 октября 0г. План.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ УДК 543.544 АДСОРБЦИОННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ В АНАЛИЗЕ БИОГАЗА 1999 г. М.В. Николаева НИИ химии ННГУ им. Н.И. Лобачевского Л.П. Прохорова Нижегородская станция аэрации Разработана методика

СОВРЕМЕННАЯ ПРЕПАРАТИВНАЯ ФЛЕШ-ХРОМАТОГРАФИЯ Часть 2* А.Аболин, к.х.н., "ГалаХим" [email protected] П.-Ф. Икар, Interchim (Франция) Мы продолжаем публиковать материалы о современных методах препаративной

Краткое руководство по выбору колонок и стандартов для гель-проникающей хроматографии РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ Введение Гель-проникающая хроматография (ГПХ) это методика оценки молекулярномассового распределения

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Хроматография ОФС.1.2.1.2.0001.15 Взамен ст. ГФ XI, вып.1 Хроматографией называется метод разделения смесей веществ, основанный

Программное обеспечение Agilent для гель-проникающей хроматографии Единое и универсальное решение для быстрого и простого анализа полимеров Основные характеристики Введение Компания Agilent Technologies

2.2.29. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) представляет собой метод разделения, основанный на различном распределении веществ между двумя не смешивающимися

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Кафедра общей физики Лаборатория молекулярной физики Лабораторная работа 5 Изучение статистических закономерностей на доске Гальтона

Лекция 3. СВОБОДНАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ Поверхностные силы. Поверхностное натяжение Рассмотрим систему содержащую жидкость и равновесный с ней пар. Распределение плотности в системе

2 Методы анализа: 1. Химические методы. Химическое равновесие и его использование в анализе. Кислотно-основное равновесие. Сила кислот и оснований, закономерности их изменения. Функция Гаммета. Вычисление

Лекция 7 Разветвленные цепные реакции. Критические явления в разветвленных цепных реакциях. Э.-К. стр. 38-383, 389-39. Простое выражение для скорости образования радикалов: d r f(p) g(p) (1)

Лекция 6 Лукьянов И.В. Явления переноса в газах. Содержание: 1. Длина свободного пробега молекул. 2. Распределение молекул по длинам свободного пробега. 3. Диффузия. 4. Вязкость газа (внутреннее трение).

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Кировский научно исследовательский институт гематологии и переливания крови Федерального медико биологического агентства» 3.3.2. Медицинские иммунобиологические

1. Пояснительная записка 1.1. Требования к студентам Студент должен обладать следующими исходными компетенциями: базовыми положениями математических и естественных наук; владеть навыками самостоятельной

1 ЛЕКЦИЯ 10 Две системы в диффузионном контакте. Химический потенциал. Условие равновесия фаз. Теплота перехода. Формула Клапейрона-Клаузиуса. Две системы в диффузионном контакте Равновесное состояние

1. Перечень компетенций с указанием этапов (уровней) их формирования. ПК-1: способность использовать знания теоретических, методических, процессуальных и организационных основ судебной экспертизы, криминалистики

Тема. Физико-химия поверхностных явлений. Адсорбция. Поверхностные явления проявляются в гетерогенных системах, т.е. системах, между компонентами которых имеется поверхностьраздела. Поверхностными явлениями

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет ИЗУЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА Методические указания для выполнения лабораторной работы Томск 2014 Рассмотрено и утверждено

Высокоэластичность полимерных сеток. Полимерные сетки. Полимерные сетки состоят из длинных полимерных цепей, сшитых между собой и образующих тем самым гигантскую трехмерную макромолекулу. Все полимерные

Газовая хроматография 1 Требования к веществам 1. Летучесть 2. Термостабильность (вещество должно испарятся без разложения) 3. Инертность Схема газового хроматографа 1 2 3 4 5 1. Баллон с газом-носителем

Учебная программа составлена на основе образовательного стандарта ОСВО 1-31 05 01 2013 и учебного плана УВО G 31 153/уч. 2013 г. СОСТАВИТЕЛЬ: В.А.Винарский, доцент, кандидат химических наук, доцент РЕКОМЕНДОВАНА

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Хроматография на бумаге ОФС.1.2.1.2.0002.15 Взамен ст. ГФ XI, вып.1 Хроматографический процесс, протекающий на листе фильтровальной

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ПОЛИМЕРНЫЕ СТАНДАРТЫ AGILENT ДЛЯ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩЕЙ/ ЭКСКЛЮЗИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Содержание ПОЛИМЕРНЫЕ СТАНДАРТЫ ДЛЯ ГПХ... 3 InfinityLab EasiVial...5 InfinityLab EasiCal...8 Стандарты полистирола...9 Стандарты

Г Р У П П А К О М П А Н И Й Б И О Х И М М А К З А К Р Ы Б ИО 1 1 9 8 9 9, Россия, Москва, Ленин Тел./Факс (0 9 5) 939-59-67, тел. 939- И Н С Т Р У К Ц И Я по применению Аналитического комплекта МОСКВА

Теория ионной хроматографии: универсальный подход к описанию параметров пика 1998г. А.Г.Прудковский, А.М.Долгоносов Институт геохимии и аналитической химии им.в.и.вернадского Российской академии наук 117975

Московский физико-технический институт (Государственный университет) Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 8 Детекторы в хроматографии Жидкостная хроматография

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Электрофорез ОФС.1.2.1.0021.15 Взамен ст. ГФ XI, вып.1 Электрофорез метод анализа, основанный на способности заряженных частиц,

1 Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 10. Термомеханический анализ аморфных полимеров. 2 1. Основные понятия механического анализа физических тел. 2. Термомеханические кривые аморфных полимеров

5 ФИЗИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ 5 Парциальные мольные величины компонентов смеси Рассмотрение термодинамических свойств смеси идеальных газов приводит к соотношению Ф = Σ Ф, (5) n где Ф любое экстенсивное

6.. Московский физико-технический институт (Государственный университет) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция Газовая хроматография. Техническая реализация Жидкостная хроматография

Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 4. Фазовые равновесия в растворах полимеров.. Кинетика растворения. Концентрационные режимы.. Уравнение состояния полимерного раствора. . Фазовые равновесия

Лабораторная работа. Определение содержания аренов состава С 8 в бензиновой фракции Знание углеводородного (УВ) состава нефтей и конденсатов на молекулярном уровне имеет большое значение как для нефтехимии

Идеальная полимерная цепь. Идеальная полимерная цепь. Идеальная цепь - это модельная цепь, в которой пренебрегают так называемыми объемными взаимодействиями, т.е. взаимодействиями удаленных по цепи звеньев.

Лабораторная работа 1.17 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА НОРМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН М.В. Козинцева Цель работы: изучение распределения случайных величин на механической модели (доска Гальтона). Задание:

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Декан химического факультета Д.В. Свиридов 2011 г. Регистрационный УД- /р РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ Учебная программа по специальности 1-31 05 01 Химия (по направлениям)

Гель-хроматография как метод определения молекулярной массы

Гель-проникающая хроматография представляет собой разновидность метода фракционирования на колонке, в которой разделение осуществляется по принципу молекулярного сита. Этот принцип был известен уже в начале 50-х годов, но лишь после того, как Порат и Флодин вновь открыли и широко использовали этот метод, он получил признание и широкое применение в научных исследованиях. Начиная с этого момента и до 1964 г. было опубликовано более 300 работ, посвященных этому новому методу фракционирования.

Гель-фильтрация или эксклюзионная хроматография (ситовая, гель-проникающая, гель-фильтрационная хроматография) - разновидность хроматографии, в ходе которой молекулы веществ разделяются по размеру за счёт их разной способности проникать в поры неподвижной фазы. При этом первыми выходят из колонки наиболее крупные молекулы (бомльшей молекулярной массы), способные проникать в минимальное число пор стационарной фазы. Последними выходят вещества с малыми размерами молекул, свободно проникающие в поры. В отличие от адсорбционной хроматографии, при гель-фильтрации стационарная фаза остается химически инертной и с разделяемыми веществами не взаимодействует. Неподвижной фазой являются поры сорбента, заполненные жидкостью. Средняя скорость передвижения этой фазы вдоль оси колонки равна нулю. Анализируемое вещество перемещается вдоль оси колонки, двигаясь вместе с подвижной фазой и время от времени делая остановки при попадании в неподвижную фазу. Молекулы делают остановки в щелевидных порах, размер которых по порядку величины соответствует размеру макромолекул.

При эксклюзионной хроматографии молекулы, имеющие в растворе большой размер, или совсем не проникают, или проникают только в часть пор сорбента (геля) и вымываются из колонки раньше, чем небольшие молекулы. Соотношение эффективных размеров макромолекул и пор сорбента определяет коэффициент распределения K d , от которого зависит объем удерживания компонента V R в колонке:

Эффективным размером макромолекулы при эксклюзионной хроматографии является ее гидродинамический радиус R, который вместе с молекулярной массой полимера М определяет характеристическую вязкость полимера. Универсальную калибровочную зависимость V R от произведения / уравнение (2) впервые получил экспериментально Г. Бенуа, она имеет вид (рис. 1):

где А и В-константы. Уравнение (2) одинаково справедливо для линейных и разветвленных полимеров, блок- и привитых сополимеров, олигомеров.

Рис. 1.

хроматография молекулярный эксклюзионный

В области от V 0 до V T (объем колонки, доступный для растворителя и молекул ниже определенного размера, соответствующего М мин) рабочая зависимость имеет линейный (квазилинейный) характер. Соответствующие объемам V 0 и V T мол. массы представляют собой пределы исключения - М макс (молекулы большого размера, не проникают в поры сорбента) и М мин, (молекулы небольшие, полностью проникают в поры сорбента). Сорбенты с порами одного размера теоретически способны разделять макромолекулы в пределах коммерческие сорбенты характеризуются. Ддя разделения макромолекул в большом диапазоне М нужны сорбенты с бимодальным и тримодальным распределением пор по размерам, обеспечивающие линейную мол. массовую калибровочную зависимость в диапазоне М = 10 2,5 - 10 6,5 . Максимальная селективность достигается увеличением объема перового пространства сорбента, у бимодального и тримодального сорбентов, кроме того, оптимальным распределением пор по размерам. Важно, чтобы при разделении смеси макромолекул их наибольшая и наименьшая М находились в пределах М МИН - М МАКС характерных для данного сорбента.

Механизм эксклюзионной хроматографии. Эксклюзионная хроматография (Size Exclusion Chromatography, SEC) или гель-проникающая хроматография (ГПХ, Gel Permeation Chromatography, GPC) реализуется, когда поведение макромолекул в порах определяется энтропийной составляющей свободной энергии, а энергетическая составляющая мала по сравнению с ней. В этом случае, коэффициент распределения будет экспоненциально зависеть от соотношения размера макромолекулы и размера пор. Макромолекулы в р-ре представляют собой статистич. ансамбль (статистич. клубок). Их распределение между пористым сорбентом и р-ром контролируется изменением энергии Гиббса при переходе макромолекулы из р-ра в поры: где- изменение энтальпиимакромолекулы вследствие взаимод. ее сегментов с пов-стью сорбента (матрицей геля); - уменьшение энтропиипри переходе макромолекулы из р-ра в поры; Т - абс. т-ра. Разделение макромолекул происходит в эксклюзионном режиме, когда, a K d , зависящий от соотношения размеров макромолекул и пор, меньше 1. Для подавления нежелательных для эксклюзионной хроматографии явлений ионной эксклюзии и ионообменной сорбции модифицируют поверхность сорбентов (для придания ей нейтрального заряда при рН > 4), увеличивают ионную силу растворителя, ослабляя кулоновские взаимодействие, добавляют органические растворители, смещая тем самым рК полиэлектролита или изоэлектрическую точку у полиамфолитов. С другой стороны, ионообменную сорбцию и ионную эксклюзию можно использовать для разделения нейтральных макромолекул, полианионов и поликатионов одного размера. Поскольку диссоциация полиэлектролитов увеличивается с разбавлением их растворов, то при эксклюзионной хроматографии макромолекулы на краях хроматографической колонки, где их концентрация мала, диссоциируют и движутся по колонке не по законам эксклюзионной хроматографии, а по законам ионообменной сорбции и ионной эксклюзии в зависимости от заряда поверхности сорбента и макромолекулы, что приводит к искажению формы кривой зависимости V и М (рис. 2), а также позволяет диагностировать наличие того или другого процесса.

Рис. 2. Эксклюзионная хроматография нейтральных макромолекул (а) и полиэлектролитов: ионная эксклюзия (б), ионообменная сорбция (в)

Эффекты, аналогичные ионообменной сорбции, но только в более слабой степени, могут наблюдаться при гидрофобных взаимодействиях макромолекулярных сегментов с модифицированной гидрофобными радикалами поверхностью сорбента или при электростатическом взаимодействии поверхностных силанольных гидроксигрупп с с функциональными группами полярных макромолекул. Все эти эффекты должны подавляться при проведении эксклюзионной хроматографии.

Для анализа какого-либо полимера по молекулярным массам необходимо подобрать колонку с подходящим размером пор или серию колонок с разными порами или воспользоваться колонкой со смесью сорбентов с разными порами (колонка Linear в приведенном примере). Разумеется, чтобы использовать метод ГПХ для анализа ММР необходимо обеспечить условия реализации эксклюзионного механизма разделения, не осложненного эффектами взаимодействия как срединных, так и концевых звеньев цепи. Речь идет об адсорбционном взаимодействии из неполярного растворителя или обращено-фазном взаимодействии неполярных фрагментов цепи при хроматографии гидрофильных полимеров в водной среде. Кроме того, водорастворимые полимеры, содержашщие ионизированные группы, способны к сильным электростатическим взаимодействиям и требуют особенно тщательного подбора условий хроматографии. Подбор условий включает в себя выбор подходящих по химическому строению для конкретного анализа сорбента и растворителя (элюента).

Техника эксклюзионной хроматографии. Для разделения макромолекул в режиме эксклюзионной хроматографии используют колонки двух типов: работающие в узком = 10 2) и широком (= 10 4 - 10 5) диапазонах. Колонки широкого диапазона M имеют широкое распределение пор сорбента по размерам (бимодальное, тримодальное). Это распределение подбирается таким образом, чтобы при заданных степени линейности калибровочной мол.-массовой зависимости и диапазона масс обеспечивалась наибольшая степень селективности. Эксклюзионная хроматография осуществляется с помощью хроматографа, детектором служит спектрофотометр или проточный рефрактометр с предельной чувствительностью 5 х 10 -8 ед. рефракции, что соответствует концентрации полимера 5-10 -5% . Обычно прибор работает при комнатной температуре, однако эксклюзионная хроматография полиолефинов требует повышенной температуры, что способствует увеличению селективности разделения, эффективности колонок и скорости анализа вследствие уменьшения вязкости подвижной фазы. Современные хроматографы комплектуются автоматическим устройством для приготовления (растворение полимера, фильтрация р-ра) и ввода пробы, компьютером для интерпретации результатов анализа ММР. Применение комбинации рефрактометрического детектора и фотометра позволяет определять ММР и индексы разветвленности без калибровки хроматографа по полимерным стандартам. При гель-фильтрации белков необходимо принимать меры для предотвращения их адсорбции на сорбенте и не допускать их денатурации. В отличие от эксклюзионной хроматографии синтетических полимеров и олигомеров, используемой главным образом в аналитических целях, гель-фильтрация белков - один из важнейших способов их выделения и очистки.

Ддя эксклюзионной хроматографии используют макропористые неорганические или полимерные сорбенты. Для эксклюзионной хроматографии полярных полимеров неорганические сорбенты (силикагели и макропористые стекла) модифицируют кремнийорганическими радикалами, а для эксклюзионной хроматографии гидрофильных полимеров - гидрофильными группами. Среди полимерных сорбентов наиболее распространены стирол-дивинил-бензольные (для эксклюзионной хроматографии высокополимеров и олигомеров). Для гель-фильтрации биополимеров, прежде всего белков, используют гидрофильные полимерные сорбенты (сефадексы - декстраны с поперечными сшивками, а также полиакриламидные гели) или модифицированные полисахаридами макропористые силикагели.

Эксклюзионную хроматографию эффективно применяют при разработке новых полимеров, технологических процессов их получения, контроле производства и стандартизации полимеров. Эксклюзионную хроматографию используют для анализа ММР полимеров, исследования, выделения и очистки полимеров, в т. ч. биополимеров.

Физические основы этого метода очень просты и наглядны. Исследуемый раствор полимера протекает через колонку, наполнен­ную пористым сорбентом. Разделение смесей компонентов основано на распределении вещества между подвижной (текущий раствори­тель) и неподвижной (растворитель в порах сорбента) фазами, т. е. на разной способности макромолекул полимера проникать в поры гранул геля, откуда и произошло название метода .

Поверхность гранул сорбента покрыта множеством каналов, углублений и других неровностей, условно называемых порами, об­щий объем которых составляет V „. Объем, недоступный для раствори­теля, называют мертвым объемом. Пусть мимо такой поверхности протекает раствор, размеры которого соизмеримы с раз­мерами пор или меньше их. Часть таких молекул проникает в поры, если их концентрация в движущейся фазе больше, чем в порах. Когда зона растворенного вещества покидает данный участок сорбента, кон­центрация молекул внутри пор геля становится больше, чем снаружи, и молекулы вновь диффундируют в поток подвижной фазы. Если же размер молекул больше размеров пор, то такая молекула проходит мимо гранулы геля, не задерживаясь, т. е. исключается (exclusion) из порового пространства. Таким образом, макромолекулы большего размера протекают через колонку быстрее. Это означает, что различ­ные молекулы полидисперсного образца будут выходить из колонки в разное время при различном удерживаемом объеме VR

VR = V 0 + kvV „ >

Где Vo - объем подвижной фазы (текущий растворитель); Kv - коэффи­циент распределения пор по объему: для больших, полностью исклю­чаемых из пор макромолекул kv = 0; для молекул растворителя kv= 1),

Значения Vr зависят главным образом от температуры, приро­ды растворителя и концентрации раствора.

Поведение макромолекулы в растворе легко поддается де­тальному описанию, если определить ее энергию Гиббса AG . Если макромолекула попадает в пору, ее энтропия уменьшается. При нали­чии взаимодействия сегментов макромолекулы со стенками поры происходит изменение энтальпии: при притяжении энтальпия умень­шается, и наоборот. Поэтому при отсутствии адсорбции AG > 0, при сильной адсорбции макромолекул на стенках поры AG < 0. Соответст­венно в первом случае имеет место эксклюзионная хроматография (распределение по размерам), а во втором - адсорбционная; условия при AG =0 называются критическими. Поскольку в области AG > 0 происходит разделение макромолекул по размерам, возможен анализ по молекулярным массам линейных полимеров. Если полимер раз­ветвленный, процесс разделения усложняется и зависит от типа и чис­ла ответвлений, а в случае сополимеров - также и от состава, и блоч - ности цепи.

Наибольшее применение в качестве сорбента получили гели гидрофобных материалов, например полистирола, сшитого дивинил - бензолом: В таких гелях практически полностью отсутствуют эффек­ты адсорбции анализируемых проб. В последнее время широко рас­пространены макропористые стекла, которые обладают по сравнению с полимерным сорбентом рядом преимуществ (жесткость частиц, варьирование размеров пор, химическая стабильность) и недостатков (повышенная сорбция на них полимеров).

Наиболее употребительными растворителями являются тетра - гидрофуран (ТГФ), хлороформ, толуол, циклогексан и их смеси. Предпочтение отдается ТГФ, который, в отличие от толуола, не обра­зует мицелл или агрегатов с макромолекулами полимера и прозрачен в УФ - области спектра. Кроме того, эффективность метода 11IX при использовании ТГФ максимальна при довольно низких температурах (35-45 °С). Однако при длительном хранении ТГФ окисляетея с обра­зованием взрывоопасных пероксидных соединений, поэтому необхо­димо проводить его предварительную очистку. Используя ТГФ в ка­честве растворителя, можно анализировать каучуки всех марок, а также термоэластопласты. При проведении анализа бутадиен - нитрильного каучука целесообразно использовать смесь растворите­лей, один из которых имеет сродство к неполярному звену каучука, а другой - к полярному . Если используется рефрактометриче­ский детектор, необходимым требованием к растворителю является разность показателей преломления растворителя и полимера.

Впервые прибор для гель-хроматографического анализа поли­ Меров выпущен фирмой "Waters" в 1964 году, спустя пять лет после Открытия метода. Сегодня жидкостные хроматографы для анализа Молекулярно-массового распределения (ММР) полимеров выпускают­ся во всех промышленно развитых странах, в России известны хрома­тографы серии ХЖ. К числу последних модификаций зарубежных приборов относится гель-хроматограф фирмы "Waters Chem. Div." с вискозиметром для определения молекулярной массы, ММР, а также степени ориентации макромолекул. Карусельная конструкция прибора позволяет одновременно испытывать 16 образцов.

Блок-схема хроматографа включает: О Блок дегазатора - служит для удаления газов из растворителя и способствует поддержанию одинакового количества растворителя в течение продолжительного времени.

О Блок дозатора - позволяет вовремя вводить пробу заданного объе­ма и работать в автоматическом режиме,

О В современных жидкостных хроматографах пересчет хромато - граммы в ММР полимера, включая калибровку прибора по молеку­лярной массе и коррекцию на приборное уширение, осуществляется с помощью ЭВМ. Это позволяет по принятым программам рассчиты­вать дифференциальную и интегральную ММР и усредненные значе­ния молекулярной массы. Специальные микропроцессоры управляют работой блоков прибора по заданной программе.

Пример записи условий эксперимента, проводимого методом гельпроникающей хроматографии. Установка состоит из следующих основных элементов; насос модели 6000А, дозатор проб U 6К и диф­ференциальный рефрактометр R 401. В установку входят также 3 раз­делительные колонки ^каждая длиной 300 мм и с внутренним диамет­ром 8 мм. Колонки заполнены SDV-Gel 5, который имеет диаметр пор 103, 104 и 105 A (Polymer-Standard-Service, PSS, Mainz). Температура исследования составляет 22°С и скорость пропускания 1,0 мл/мин. В качестве растворителя используется тетрагидрофуран, объём впрыска 100 мкл при концентрации пробы 6-10 г/л. Универсальная калибровка производится по полистиролу с молекулярной массой 104- 106 г/моль.

ГПХ позволяет изучить тонкие изменения в химической структуре полимеров и определить полное ММР, а потому широко используется в химии полимеров . В промышленном производстве эластомеров метод ГПХ может быть применен для оперативного кон­троля качества серийно выпускаемой продукции и соответствующей корректировки технологического процесса, а также при разработке и совершенствовании получения эластомеров с заданными свойствами . Гель-хроматографы можно включать в автоматизи­рованные системы управления технологическими процессами с отбо­ром проб на анализ непосредственно из реактора. Длительность ана­лиза, включая подготовку пробы, составляет 20-30 минут.