Головна > Сценарії > Гель-хроматографія як метод визначення молекулярної маси. Вежх системи для гель-проникаючої хроматографії


Гель-хроматографія як метод визначення молекулярної маси. Вежх системи для гель-проникаючої хроматографії




Опис

Спільно з німецькою компанією Polymer Standards Service (PSS) - одним з провідних виробників матеріалів та обладнання для гель-проникаючої хроматографії (ГПХ, GPC) або, по-іншому, екслюзійної хроматографії (SEC) - ми пропонуємо комплексні рішення для визначення середніх значень молекулярної маси полімерів (природних, синтетичних, біополімерів), молекулярно-масового розподілу та характеристик полімерних макромолекул у розчині. В даному методі поділ аналіту відбувається не за рахунок адсорбційних взаємодій з нерухомою фазою, а виключно за величиною гідродинамічного радіусу макромолекул.

Для детектування розділених молекулярної маси компонентів завжди використовується як мінімум один концентраційнийдетектор (традиційні для ВЕРХ рефрактометричний та спектрофотометричний, детектор з випарного світлорозсіювання), а також спеціальні детектори для аналізу полімерів: віскозиметричний, детектор по лазерного світлорозсіювання. У поєднанні з концентраційними даними детектори дозволяють визначати абсолютну молекулярну масу, конформацію макромолекул у розчині, радіус інерції, гідродинамічний радіус, ступінь розгалуженості, константи рівняння Марка-Куна-Хаувінка, віріальні коефіцієнти. За наявності калібрувальних залежностей дана система дозволяє отримати вичерпну інформацію про макромолекулярні об'єкти та їхню поведінку в розчинах всього за один аналіз (~15 хв), тоді як оцінка даних характеристик традиційними методами становить кілька днів.

Для обробки результатів вимірів необхідно використовувати спеціальне програмне забезпечення. Ми пропонуємо гнучкі модульні ВЕРХ системи для гель-проникаючої хроматографії (GPC), що включають модулі Prominence (насоси, термостат колонок, автодозатори, рефрактометричний детектор) та специфічні модулі від компанії Polymer Standards Service (PSS) - авторитетного експерта в галузі ВЕР. Для розрахунків результатів аналізу можливе використання як програмного забезпечення Shimadzu GPC Option, інтегрованого в стандартну програму LabSolution LC, так і використання програмних продуктів PSS WinGPC SW, що підтримують спеціальні детектори.

Для роботи з агресивними по відношенню до традиційно використовуваних капілярів і фітингів рухомими фазами (гексафторизопропанол, тетрагідрофуран) можлива комплектація ВЕРХ систем спеціальним дегазатором, насосами та автодозатором, компоненти яких стійкі до вказаних розчинників.

Базові системи для ДПГ

Базова ВЕРХ система для ДПГ

Базова ВЕРХ система для ГПХ може бути сконфігурована на базі блоків моделі LC-20 Prominence з одним з концентраційних детекторів (спектрофотометричний/діодна матриця SPD-20A/SPD-M20A для поглинаючих УФ-випромінювання полімерів, універсальними рефрактометричним R-2 -LT II). Дана система, за наявності відповідних стандартів та калібрувальних залежностей, дозволяє визначати величину відносної молекулярної маси полімерів, а також оцінювати гідродинамічні розміри макромолекул у розчині.

Технічні характеристики основних модулів
Насос LC-20AD
Тип насосу Подвійний паралельний мікроплунжерний механізм
Ємність камер плунжера 10 мкл
Діапазон швидкості потоку елюентів 0,0001 - 10 мл/хв
Максимальний тиск 40 МПа
Точність установки потоку 1% або 0,5 мкл (залежно від того, що краще)
Пульсація 0,1 МПа (для води при 1,0 мл/хв і 7 МПа)
Режим роботи постійний потік, постійний тиск
Насоси можна укомплектувати додатковим пристроєм для автоматичного промивання плунжера. Насоси обладнані датчиком протікання. Матеріал плунжера насоса – стійкий до агресивних середовищ (сапфір).
Рефрактометричний детектор RID-20A
Джерело випромінювання Вольфрамова лампа, час роботи 20000 год
Діапазон показника заломлення (RIU) 1,00 - 1,75
Термостатування оптичного блоку 30 - 60С° з подвійним контролем температури оптичної системи
Робочий діапазон швидкостей потоку Можливість роботи у широкому діапазоні використання (від аналітичного режиму до препаративної хроматографії) без заміни вимірювального осередку: від 0,0001 до 20 мл/хв в аналітичному режимі; до 150 мл/хв у препаративному режимі
Шум 2,5×10 -9 RIU
Дрейф 1×7 -7 RIU/год
Діапазон лінійності 0,01-500×10 -6 в аналітичному режимі
1,0-5000×10 -6 у препаративному режимі
Перемикач потокових ліній соленоїдний вентиль
Макс. робочий тиск 2 МПа (20 кгс/см²)
Об'єм осередку 9 мкл
Налаштування нуля оптичний баланс (оптичний нуль);
авто-нуль, тонке налаштування нуля зсувом базової лінії
Термостат колонок із примусовою конвекцією повітря СТО-20А
Діапазон контрольованих температур від 10° вище кімнатної до 85°
Точність контролю температури 0,1C°
Внутрішній об'єм термостату 220×365×95 мм (7,6 л)
Місткість термостату 6 колонок; крім колонок можуть бути встановлені 2 ручні інжектори, градієнтний змішувач, два перемикаючі крани високого тиску (6-ти або 7-ми портових), кондуктометричний осередок
Можливості лінійне програмування температури; відстеження та збереження у файл змін параметрів колонки, кількості аналізів, кількості минулої рухомої фази (при установці опційного пристрою CMD)
Контроль робочих параметрів датчик витоку розчинника; система захисту від перегріву

Детектор світлорозсіювання

Детектор багатокутного світлорозсіювання SLD7100 MALLS (PSS)

Детектор багатокутного світлорозсіювання SLD7100 MALLS (PSS) дозволяє проводити вимірювання статичного світлорозсіювання одночасно під сімома кутами (35, 50, 75, 90, 105, 130, 145°) і визначати абсолютні величини молекулярних мас, конформацію макромолекул у розчині. Даний детектор усуває необхідність використання будь-яких стандартів, а також може служити як ємнісний інструмент (без ВЕРХ системи) без будь-яких додаткових модифікацій.

Віскозиметричний детектор (PSS, Німеччина)

Віскозиметричний детектор DVD1260 (PSS)

Віскозиметричний детектор DVD1260 (PSS) при використанні у складі ВЕРХ системи LC-20 Prominence дозволяє визначати середні молекулярні маси та параметри молекулярно-масового розподілу, використовуючи метод універсального калібрування, незамінний для макромолекул зі складною і глобулярною архітектурою, а також характеристичну в'язкість, константи рівняння Марка-Куна-Хаувінка, ступінь розгалуження, віріальні коефіцієнти та конформацію макромолекул у розчині, виходячи з певних моделей. Унікальний вимірювальний осередок детектора являє собою чотириплечовий асиметричний капілярний міст, що не містить, на відміну від всіх наявних на ринку аналогів, осередків запізнення (hold-up columns) — у порівняльному контурі вбудований спеціальний розріджувальний резервуар, що дозволяє скоротити час аналізу. уникнути появи негативних системних піків Похибка підтримання температури в осередку становить менше 0,01 °C, що є першочерговим критичним чинником у віскозиметричному аналізі

Технічні характеристики:
харчування Від 110 до 260 В; 50/60 Гц; 100 ВА
Діапазон різниці тисків (DP) -0,6 кПа - 10,0 кПа
Діапазон тиску на вході (ІР) 0-150 кПа
Обсяг вимірювального осередку 15 мкл
Розбавний компенсаційний об'єм (резервуар) 70 мл
Швидкість зсуву (1,0 мл/хв) < 2700 с -1
Рівень шуму 0,2 Па, сигнал різниці тисків, 5 °С
Аналоговий вихід 1,0 В / 10 кПа FSD різниця тисків
1,0 В / 200 кПа FSD тиск на вході
Загальний обсяг детектора Близько 72 мл (включаючи резервуар)
Макс. швидкість течії 1,5 мл/хв
Точність завдання температури ±0,5 °C
Стабільність температури Не гірше 0,01 °C
Цифровий інтерфейс RS-232C, USB, Ethernet
Швидкість передачі (бод) 1200 - 115200
Цифрові входи Промивання, Обнулення, Інжекція, Помилка
Цифрові виходи Інжекція, Помилка
Маса Близько 4 кг
Розміри (Ш, В, Г) 160×175×640 мм

Аксесуари


Для роботи в режимі ГПХ та побудови калібрувальних залежностей ми пропонуємо широкий вибір колонокдля ГПХ, заповнених гелями (нерухома фаза) та елюентами різної хімічної природи (полярних та неполярних), призначених для аналізу як високомолекулярних полімерів, так і олігомерів, а також стандартних полімерних об'єктів.

Колонки для гель-проникаючої хроматографії (GPC, SEC):

  • для будь-яких органічних елюентів: PSS SDV, GRAM, PFG, POLEFIN (до 200 ° C);
  • для водних елюентів: PSS SUPREMA, NOVEMA, MCX PROTEEMA;
  • колонки з монодисперсним розподілом пір за розмірами або змішаного типу для отримання абсолютно лінійних калібрування;
  • для визначення низьких та високих значень ММ;
  • готові набори колонок розширення діапазону визначених молекулярних мас;
  • для синтетичних та біополімерів;
  • рішення від мікроДПГ до препаративних систем;
  • колонки для швидких розподілів.

Колонки можуть поставлятися в будь-якому вибраному елюенті.

Стандарти для гель-проникаючої хроматографії (GPC, SEC):

  • індивідуальні стандартні зразки та готові набори стандартів;
  • розчинні в органічних розчинниках:
    • полістирол
    • полі(α-метилстирол)
    • поліметилметакрилат
    • полі(н-бутилметакрилат)
    • полі(трет-бутилметакрилат)
    • полібутадієн-1,4
    • поліізопрен-1,4
    • поліетилен
    • полі(2-вінілпіридин)
    • полідиметилсилоксан
    • поліетилентерефталат
    • поліізобутилен
    • полілактид
  • розчинні у водних системах:
    • декстран
    • пулулан
    • гідроксиетильований крохмаль
    • поліетиленгліколі та поліетиленоксиди
    • Na-сіль поліметакрилової кислоти
    • Na-сіль поліакрилової кислоти
    • Na-сіль полі(п-стиролсульфокислоти)
    • Полівініловий спирт
    • протеїни
  • MALDI стандарти, набори для валідації детекторів зі світлорозсіювання (LSD) та віскозиметрії;
  • дейтеровані полімери;
  • полімери та стандарти, що виготовляються на замовлення.

5. Гель-хроматографія

Гель-фільтрація (синонім гель-хроматографія) – метод поділу суміші речовин з різними молекулярними масами шляхом фільтрації через різні так звані пористі гелі.

Нерухомою фазою в гель-хроматографії є ​​розчинник, що знаходиться в порах гелю, а рухомий - сам розчинник, тобто і рухливу і нерухому фази становить одну і ту ж речовину або та сама суміш речовини. Гель готують на основі, наприклад, декстрану, поліакриламіду або інших природних та синтетичних сполук.

На відміну від інших хроматографічних методів, що використовують відмінності в хімічних властивостях речовин, що поділяються, що виявляються при їх розподілі між стаціонарною і рухомою фазами, поділ заснований на ситовому ефекті, характерному для гелів з певним радіусом пір. Розчинник (рухома фаза) заповнює як зовнішній обсяг між зернами гелю, так і внутрішній обсяг пір. Об'єм розчинника між зернами гелю – V м називають проміжним, транспортним чи мертвим обсягом, а внутрішній обсяг пор – V п розглядається як об'єкт стаціонарної фази. Коли в колонку вводять пробу, що містить кілька типів іонів або молекул з різними розмірами, то вони прагнуть рухомої фази проникнути всередину пор. Таке проникнення обумовлено ентропійним розподілом, оскільки концентрація молекул речовин, що розділяються, у зовнішньому розчині виявляється вищою, ніж у поровому просторі. Але воно стає можливим тільки в тому випадку, якщо розміри іонів або молекул менші за діаметр пор.


Рис 5 Загальний вигляд градуювальної кривої у гель-хроматографії:

1 - область виключення, де всі молекули мають розмір більше m2;

2 - область проникнення або поділу, де розміри молекул лежать в інтервалі від m1 і m2;

3 - область, де відбувається повне проникнення молекул із розмірами менше m1.

У процесі гель-хроматографування можуть бути відокремлені великі молекули, які гелем не сорбуються, так як їх розміри перевищують розміри пір, від дрібних, які проникають у пори, а потім можуть бути елюйовані. Проводяться і більш тонкі поділу, так як розміри пір можна регулювати, змінюючи, наприклад, склад розчинника і, як наслідок, набухання гелю. Гель-хроматографія може бути виконана в колонковому варіанті та тонкошаровому.

Гелі, що застосовуються на практиці, зазвичай поділяють на м'які, напівжорсткі і жорсткі. М'якими гелями є високомолекулярні органічні сполуки з незначною кількістю поперечних зв'язків. Фактор ємності, що дорівнює відношенню об'єму розчинника всередині гелю до його об'єму поза гелем, у них дорівнює 3. При набуханні вони значно збільшують власний об'єм. Це сефадекси або декстранові гелі, агарочні гелі, крохмаль та ін. Вони застосовуються для поділу сумішей низькомолекулярних речовин, часто в тонкошаровому варіанті. Хроматографування на м'яких гелях називають гель – фільтрацією.

Напівжорсткі гелі отримують шляхом полімеризації. Велике поширення набули стирогелі - продукти кополімеризації стиролу та дивінілбензолу з великою кількістю поперечних зв'язків. Фактор ємності напівжорстких гелів лежить у межах 0,8...1,2, їх обсяг при набуханні збільшується не дуже значно (1,2...1,8 раза). Хроматографування на напівжорстких гелях називають гель-проникаючою хроматографією.

До жорстких гелів відносять силікагелі та часто пористі стекла, хоча вони і не є гелями. Жорсткі гелі мають невеликий фактор ємності (0,8...1,1) та фіксований розмір пір. Ці матеріали використовують у гель-хроматографії при високому тиску.

Розчинники гель-хроматографії повинні розчиняти всі компоненти суміші, змочувати поверхню гелю та не адсорбуватися на ній.

Практичне застосування гель-хроматографії пов'язано, головним чином, з поділом суміші високомолекулярних сполук, хоча нерідко вони використовуються для поділу та низькомолекулярних, оскільки поділ цим методом можливий при кімнатній температурі.

6. Високоефективна рідинна хроматографія (ВЖКГ)

Високоефективна рідинна хроматографія – найефективніший метод аналізу органічних проб складного складу. Процес аналізу проби ділиться на 2 етапи:

· Поділ проби на складові компоненти;

· детектування та вимірювання змісту кожного компонента.


Завдання поділу вирішується за допомогою хроматографічної колонки, яка є трубкою, заповненою сорбентом. При проведенні аналізу через хроматографічну колонку подають рідину (елюенти) певного складу з постійною швидкістю. У цей потік точно вводять відміряну дозу проби.

Компоненти проби, введеної в хроматографічну колонку, через їхню різну спорідненість до сорбенту колонки рухаються по ній з різними швидкостями і досягають детектора послідовно в різні моменти часу.

Таким чином, хроматографічна колонка відповідає за селективність та ефективність поділу компонентів. Підбираючи різні типи колонок, можна керувати ступенем поділу аналізованих речовин. Ідентифікація з'єднань здійснюється за їхнім часом утримування. Кількісне визначення кожного компонента розраховують, виходячи з величини аналітичного сигналу, виміряного за допомогою детектора, підключеного до виходу хроматографічної колонки.

При аналізі сполук із низькими ГДК (біогенні аміни, поліароматичні вуглеводні, гормони, токсини) через трудомісткість підготовки реальних проб особливо важливою характеристикою стає чутливість та селективність методу. Застосування флуориметричного детектора дозволяє як знизити межі виявлення, а й селективно виділити аналізовані речовини і натомість матричних і супутніх компонентів проби.

Метод ВЕРХ застосовується у санітарно-гігієнічних дослідженнях, екології, медицині, фармацевтиці, нафтохімії, криміналістиці, для контролю якості та сертифікації продукції.

Як блок подачі елюентів використовується насос "Пітон" шприцевого типу, який має такі особливості:

· Відсутність пульсацій тиску при подачі розчинника;

· Великий діапазон об'ємних швидкостей потоку;

· Великий об'єм камери насоса;

· Розширюваність (можливість поєднувати кілька блоків для створення градієнтної системи).

У хроматографічній системі можуть використовуватись різні типи детекторів, наприклад, "Флюорат-02-2М" (спектральна селекція здійснюється фільтрами) або "Флюорат-02 Панорама" (спектральна селекція здійснюється монохроматорами).

7. Застосування

Рідинна хроматографія є найважливішим фізико-хімічним методом дослідження в хімії, біології, біохімії, медицині, біотехнології. Її використовують для аналізу, поділу, очищення та виділення амінокислот, пептидів, білків, ферментів, вірусів, нуклеотидів, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів, гормонів тощо; вивчення процесів метаболізму у живих організмах лікарських препаратів; діагностики у медицині; аналізу продуктів хімічного та нафтохімічного синтезу, напівпродуктів, барвників, палив, мастил, нафт, стічних вод; вивчення ізотерм сорбції з розчину, кінетики та селективності хім. процесів.

У хімії високомолекулярних сполук та у виробництві полімерів за допомогою рідинної хроматографії аналізують якість мономерів, вивчають молекулярно-масовий розподіл та розподіл за типами функціональності олігомерів та полімерів, що необхідно для контролю продукції. Рідинну хроматографію використовують також у парфумерії, харчовій промисловості, для аналізу забруднень навколишнього середовища, у криміналістиці.


Висновок

Початок ХХ століття ознаменувався відкриттям хроматографічного методу аналізу, що збагатив і об'єднав різні галузі науки, без яких немислимий науковий прогрес XXI століття. Впровадження хроматографічних методів, і в першу чергу рідинної хроматографії, в медицину дозволило вирішити багато життєво важливих проблем: дослідження ступеня чистоти та стабільності лікарських засобів, препаративне виділення індивідуальних гормональних препаратів (наприклад, інсуліну, інтерферону), кількісне визначення в біологічних об'єктах нейромедіаторів: норадреналіну. З наявністю цих речовин у живому організмі пов'язують здатність до запам'ятовування, навчання, набуття будь-яких навичок. Ідентифікація методами ВЕРХ стероїдів, амінокислот, амінів та інших сполук виявилася дуже важливою при діагностиці деяких спадкових захворювань: інфаркту міокарда, діабету, різних захворювань нервової системи. Одним із актуальних завдань клінічної медицини для експрес-діагностики є проведення так званого профільного аналізу компонентів біологічного об'єкта, що здійснюється методами рідинної хроматографії, що дозволяє не проводити ідентифікацію кожного піку, а зіставляти профілі хроматограм для висновку про норму чи патологію. Обробка величезного масиву інформації здійснюється лише з використанням ЕОМ (метод отримав назву "метод розпізнавання образів").


Список літератури

1. Васильєв В. П. Аналітична хімія, У 2 кн. Кн. 2 Фізико-хімічні методи аналізу: Навч. для студ. вузів, які навчаються з хіміко-технол. спец. - 4-те вид., стереотип. - М.: Дрофа, 2004 - 384 с.

2. Москвин Л.М., Царіцина Л.Г. Методи поділу та концентрування в аналітичній хімії. - Л.: Хімія, 1991. - 256 с.

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

4. http://ua.wikipedia.org/wiki/Паперова_хроматографія

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 УСТАНОВА РОСІЙСЬКОЇ АКАДЕМІЇ НАУК ІНСТИТУТ ЕЛЕМЕНТООРГАНІЧНИХ СПОЛУК ім. О.М.НЕСМІЯНОВА. НАУКОВО-ОСВІТНИЙ ЦЕНТР З ФІЗИКИ ТА ХІМІЇ ПОЛІМЕРІВ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЧА ХРОМАТОГРАФІЯ ПОЛІМЕРІВ Завдання спецпрактикуму Благодатських І.В. МОСКВА

2 Зміст. ОСНОВИ ХРОМАТОГРАФІЇ ПОЛІМЕРІВ. Рухомі сили та режими хроматографії полімерів. Характеристики хроматографічного піку. Концепція теоретичних тарілок..3 Основи методу екслюзійної (гель-проникаючої) хроматографії. ПРОВЕДЕННЯ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ З АНАЛІЗУ ММР ПОЛІМЕРА МЕТОДОМ ГЕЛЬ- ПРОНИКАЮЧОЇ ХРОМАТОГРАФІЇ 3. ЛІТЕРАТУРА. ОСНОВИ ХРОМАТОГРАФІЇ ПОЛІМЕРІВ. Рушійні сили та режими хроматографії полімерів. Хроматографія – метод поділу речовин шляхом розподілу між двома фазами, одна з яких рухлива, а інша нерухома. Роль рухомої фази в рідинній хроматографії відіграє рідину (елюенти), що рухається в каналах між частинками вздовж колонки, заповненої пористим матеріалом (див. рис.). Рис.. Рух макромолекули в хроматографічній колонці: d k - розмір каналів між частинками нерухомої фази; d n – розмір пір; R – розмір макромолекули; t s - час, проведений макромолекулою в порі, t m ​​- рухомий фазі. Нерухливою фазою є пори сорбенту, заповнені рідиною. Середня швидкість пересування цієї фази вздовж осі колонки дорівнює нулю. Аналізована речовина переміщається вздовж осі колонки, рухаючись разом з рухомою фазою і іноді роблячи зупинки при попаданні в нерухому фазу. Цей процес ілюструє рис., де схематично зображено стрибкоподібний рух макромолекули з розміром R каналами з розміром d, відповідним розміру частинок. Молекули роблять зупинки в щілиноподібних порах, розмір яких по порядку величини відповідає розміру макромолекул. Час між послідовними зупинками може бути записано як:

3 t t s + t m + t k, () де t s - час перебування молекули в нерухомій фазі, t m ​​d - час, проведений молекулою в рухомій фазі (D - D коефіцієнт поперечної дифузії, t k - час переходу з рухомої фази в нерухому та назад). Зазвичай у процесах високоефективної рідинної хроматографії (Hgh Performance Lqud Chromatography в англомовній літературі) в її аналітичному варіанті цей час t k набагато менше перших двох і його можна опустити у формулі (). Якщо кількість зупинок під час руху колонкою досить велике, те й загальний час руху макромолекули колонкою досить велике, проти характерним часом встановлення рівноваги. В цьому випадку для визначення ймовірності знаходження макромолекули в одиниці об'єму нерухомої фази по відношенню до рухомої фази (або коефіцієнта розподілу K d рівного відношенню концентрацій даних фазах) можна використовувати методи рівноважної термодинаміки. А саме, коефіцієнт розподілу визначатиметься вільною енергією переходу макромолекули з рухомої фази в нерухому: RT Для ланцюга, що складалася з N сегментів, K exp(N µ), (3) d де µ - зміна хімічного потенціалу сегмента. Коефіцієнт розподілу в хроматографії є ​​фундаментальним поняттям і визначається наступним чином: VR V K d (4) Vt V де V R - обсяг з яким виходить з колонки дана речовина, V - обсяг рухомої фази, що визначається по виходу найбільших макромолекул, що не потрапляють у пори, V t - обсяг елюювання речовин, що виходять разом із фронтом розчинника. З (3) відразу можна бачити, що в залежності від знака G, макромолекули ведуть себе по-різному при попаданні в пору (див.рис.): Рис.. якщо G>, то K d прагне до зростання довжини макромолекули (при цьому зменшується та обсяг елюювання). Це відповідає винятковому режиму хроматографії. 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 (наявність розгалужених або циклічних макромолекул). Цей хроматографічний метод є відносно новим і деякі найцікавіші результати його застосування можна знайти, наприклад, у роботах [3,4]. Режим хроматографії, що відповідає умові 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) Оскільки ця величина змінюється при зміні об'єму елюювання, правильно для характеристики ефективності колонки використовувати неутримувану речовину, що виходить при K d..3. Основи методу екслюзійної (гель-проникаючої) хроматографії. Ексклюзивна хроматографія (Sze Excluson Chromatography, SEC) або гель-проникаюча хроматографія (ГПХ, Gel Permeaton Chromatography, GPC) реалізується, коли поведінка макромолекул у порах визначається ентропійною складовою вільної енергії, а енергетична складова мала порівняно з нею. У цьому випадку коефіцієнт розподілу буде експоненційно залежати від співвідношення розміру макромолекули і розміру пір. Скейлінгова теорія передбачає закономірності, що здійснюють, для випадку пір порівнянних з розміром макромолекули R K d Aexp D α, (8) де R an - характерний радіус ідеального ланцюга або 3 R an 5 для ланцюга з об'ємною взаємодією, D - діаметр пір, α - показник ступеня від 4/3 до в залежності від прийнятої моделі пор (щілина, капіляр, смуга) та моделі ланцюга (ідеальна або неідеальна). Таким чином, поведінка макромолекул в умовах виняткової хроматографії визначається розміром ланцюга. Розмір макромолекули визначається її хімічною будовою, числом ланок у ланцюзі (або молекулярною масою), топологією (наприклад, розмір розгалуженої макромолекули або макроциклу зменшується порівняно з лінійною макромолекулою тієї самої хімічної будови). Крім того, розмір гнучких макромолекул певною мірою залежить від використаного розчинника завдяки ефекту виключеного обсягу. Тим не менш, метод ГПХ набув широкого поширення в лабораторній практиці як метод поділу по молекулярних масах, визначення середніх молекулярних мас та молекулярно-масових розподілів (ММР). Розвиток методу почався з середини 5-х років, коли були створені перші широкопористі органічні сорбенти для високоефективної хроматографії. Як можна бачити із співвідношень (8), метод не є абсолютним для визначення молекулярних мас, але вимагає відповідного калібрування за стандартними (бажано, вузькодисперсними) зразками з відомою ММ, що зв'язує обсяг (або час) утримування з ММ. Малюнок 4 ілюструє калібрувальні криві для полістиролу в термінах lg V R на напівтвердих органічних сорбентах фірми Waters (crostyragel) з різним розміром пор. Для аналізу будь-якого полімеру по молекулярних мас необхідно підібрати колонку з відповідним розміром пор або серію колонок з різними порами або скористатися колонкою з сумішшю сорбентів з різними порами (колонка Lnear в наведеному прикладі). Вочевидь, щоб використовувати метод ГПХ для аналізу ММР необхідно забезпечити умови реалізації эксклюзивного механізму поділу, не ускладненого ефектами взаємодії як серединних, і кінцевих ланок ланцюга. Йдеться про адсорбційну взаємодію з неполярного розчинника або звернено-фазну взаємодію неполярних фрагментів ланцюга при хроматографії гідрофільних полімерів у водному середовищі. Крім того, водорозчинні полімери, що містять іонізовані групи, здатні до сильних електростатичних взаємодій та вимагають особливо ретельного підбору умов хроматографії. Підбір умов включає вибір підходящих за хімічною будовою для конкретного аналізу сорбенту і розчинника (елюентів). 5

6 Рекомендації можна знайти у посібниках фірм виробників хроматографічного обладнання, а також у довідниках та монографіях (див., напр.), 6 V R, мл Мал. 4. Калібрувальні криві для колонок µstyragel. На малюнку вказано фірмове маркування колонок величиною, що характеризує розмір пор сорбенту, яка дорівнює довжині витягнутого ланцюга полістиролу, виключеної з стеричних причин з пір. Хроматографічна колонка є серцем хроматографа рідинного. До складу хроматографа входить, крім того, ряд необхідних додаткових пристроїв:) система подачі елюентів (насос), що забезпечує стабільний потік,) система введення проби без зупинки потоку (інжектор або автосамплер); 3) детектор - пристрій, що забезпечує формування сигналу пропорційної концентрації речовини на виході з колонки (детектори бувають різного типу, найбільш популярні в гель-проникаючої хроматографії рефрактометричні та спектрофотометричні детектори), і 4) системи збору та обробки даних на базі персонального комп'ютера. У сучасних хроматографах часто управління роботою всіх частин хроматографа також здійснюється за допомогою керуючої програми, об'єднаної із системою обробки даних. Хроматограма полімеру, отримана в умовах екслюзійної хроматографії F(V), є відображенням функції його молекулярно-масового розподілу W(). В силу закону збереження речовини: F V dv W d (9) Для переходу від хроматограми до функції ММР необхідно мати калібрувальну функцію V f(), тоді функція буде W F(f) df () d Ці співвідношення записані без урахування приладового розширення (ПУ) ). Реальна хроматограма є результатом поділу зразка ММ при русі по колонці і одночасному перемішуванні полімергомологів за рахунок розмивання зон. Тому функцію F(W) у співвідношенні (9) слід розуміти як хроматограму, виправлену на ПУ. Ця функція є рішенням інтегрального рівняння Фредгольма І роду. Відомо чимало способів корекції на ПУ. наприклад, . Однак, у сучасних високоефективних хроматографічних системах у більшості випадків внесок ПУ в хроматограму невеликий порівняно з ММР і їх можна знехтувати. Найважливішою процедурою є калібрування хроматографа ММ досліджуваного полімеру. За наявності відповідних вузькодисперсних стандартів з різними ММ визначають для них обсяги елюювання (V R або Ve) і будують калібрувальну залежність подібну до тієї, що показана на рис.4. Зазвичай калібрувальне співвідношення шукають у формі (): n lg C V e () Найбільш часто застосовуються поліноми першого або третього ступеня. Поліноми непарних ступенів (3. 5, 7) найбільш точно описують характерну форму калібрувальних кривих з верхньою і нижньою межами за ММ.

7 поліетиленоксид, декстрани та деякі інші. Можна скористатися, крім того, методом універсального калібрування, вперше введеним у практику Бенуа та співробітниками. Метод заснований на тій обставині, що гідродинамічний обсяг макромолекул пропорційний добутку характеристичної в'язкості на молекулярну масу полімеру і може бути використаний як функція об'єму, що елюює, як універсальний параметр для різних полімерів. Тоді ми будуємо універсальне калібрувальне співвідношення (), () lg η n BV e, () користуючись набором будь-яких стандартів та відомим співвідношенням Марка-Куна-Хаувінка (3): η K a. (3) Для переходу від співвідношення виду () до калібрувальної залежності () для досліджуваного полімеру достатньо скористатися відповідним йому співвідношенням Марка-Куна-Хаувінка, після чого отримаємо (4): lg n B V e + a lg K. (4) В результаті з даних гель-проникаючої хроматографії можна знайти середні молекулярні маси різного ступеня усереднення, які, за визначенням, є наступними величинами: () n - середньочисленна ММ, W () d W d w d W d W d W d - середньомасова ММ, - z-середня ММ. Відносини ММ різного ступеня усереднення характеризують статистичну ширину ММР. Найчастіше застосовують відношення w/n, яке називають індексом полідисперсності. 4. ПРОВЕДЕННЯ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ З АНАЛІЗУ ММР ПОЛІМЕРА МЕТОДОМ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЧОЇ ХРОМАТОГРАФІЇ Мета роботи: Познайомитися з роботою рідинного хроматографа, методикою проведення хроматографічного експерименту, методикою калібр. Обладнання:)Рідинний хроматограф, що складається з насоса, інжектора, термостата колонок, колонки з полімерним сорбентом та системи обробки даних на базі персонального комп'ютера.)Набір вузькодисперсних стандартів з різними ММ (полістирольних або поліетиленоксидних). 3) Досліджуваний зразок із невідомими молекулярними масами. Порядок роботи:) Приготування розчину суміші стандартів. 7

8) Отримання хроматограми стандартів та визначення їх обсягів утримування (Ve). 3) Побудова калібрувальної залежності у вигляді (). 4) Приготування розчину полімеру, що досліджується. 5) Отримання хроматограми полімеру, що досліджується. 6) Розрахунок середніх ММ зразка. На малюнку 5 представлений типовий приклад хроматограми полімерного зразка, підготовлений для розрахунку середніх ММ, а саме проведена базова лінія, що визначає початок і кінець хроматограми, і потім хроматограма розбита на рівні частки вздовж осі часу, так звані слайси. n w z A, A A A, A A Рис. 5. Для кожного слайсу визначається його площа A та молекулярна маса, що відповідає його середині, обчислюється з калібрувальної залежності. Потім обчислюються середні молекулярні маси: 8

9 3. ЛІТЕРАТУРА. М.Б.Тенніков, П.П.Нефєдов, М.А.Лазарєва, С.Я.Френкель, Про єдиний механізм рідинної хроматографії макромолекул на пористих сорбентах, Високомолік. соед, А, 977, т.9, N.3, з С.Г.Ентеліс, В.В.Євреїнов, А.І.Кузаєв, Реакційноздатні олігомери, М: Хімія, Т.М.Зіміна, Є.Є. Кевер, Е.Ю.Меленєвська, В.Н.Згонник, Б.Г.Беленький, Про експериментальну перевірку концепції хроматографічної "невидимості" в критичній хроматографії блоксополімерів, Високомолік. соед., А, 99, т.33, N6, з І.В.Благодатських, А.В.Горшков, Дослідження адсорбційних властивостей кільцевих макромолекул у критичній області, Високомолік. соед., А, 997, т.39, N6, з А.М.Скворцов, А.А.Горбунов, Скейлінгова теорія хроматографії лінійних та кільцевих макромолекул, Високомолік. соед., А, т.8, N8, з Б.Г.Беленький, Л.З.Віленчик, Хроматографія полімерів, М: Хімія, W.W.Yau, J.J.Krkland, D.D.Bly, odern Sze-Excluson Lqud Chromatography John Wley & Sons, Е.Л.Стіскін, Л.Б.Іціксон, Е.Б.Браудо. Практична високоефективна рідинна хроматографія. 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


УСТАНОВА РОСІЙСЬКОЇ АКАДЕМІЇ НАУК ІНСТИТУТ ЕЛЕМЕНТООРГАНІЧНИХ СПОЛУК ім. О.М.НЕСМІЯНОВА. НАУКОВО-ОСВІТНИЙ ЦЕНТР З ФІЗИКИ ТА ХІМІЇ ПОЛІМЕРІВ Благодатських І.В РІДИНА ХРОМАТОГРАФІЯ ПОЛІМЕРІВ

1 Високомолекулярні сполуки (Лисенко Є.А.) Лекція 7. Фракціонування макромолекул 2 1. Поняття про фракціонування. 2. Препаративне фракціонування. 3. Метод турбідиметричного титрування. 4. Гель-проникаюча

Лабораторна робота 7б Хроматографічне визначення складу газової фази ґрунтів. Хроматографія (від грец. chroma, родовий відмінок chromatos колір, фарба) - фізико-хімічний метод поділу та аналізу

8. Запитання 1. Дайте визначення хроматографії. 2. Які особливості хроматографії дозволяють досягти кращого розподілу речовин з близькими властивостями в порівнянні з іншими методами розподілу. 3. Перерахуйте

Московський фізико-технічний інститут (Державний університет) Кафедра молекулярної фізики Фізичні методи дослідження Лекція Газова хроматографія Теорія та принципи м. Довгопрудний, листопада

04.07 Московський фізико-технічний інститут Департамент молекулярної та біологічної фізики Фізичні методи дослідження Лекція 8 Хроматографія м. Довгопрудний, 6 квітня 07р. План. Історія виникнення

Московський фізико-технічний інститут (Державний університет) Кафедра молекулярної фізики Фізичні методи дослідження Лекція 0 Газова хроматографія м. Довгопрудний, 5 листопада 0г. План. Історія

Аналітична хімія 4 семестр, лекція 17. Модуль 3. Хроматографія та інші методи аналізу. Хроматографія. Принцип та класифікація методів. 1. Принцип хроматографічного поділу. Стаціонарна та рухлива

Відкриття хроматографії (1903 р.) МИХАЙЛО СЕМЕНОВИЧ КОЛІР (1872-1919) Основні етапи розвитку хроматографії 1903 р. Відкриття хроматографії (Колір М.С.) 1938 р. Тонкошарова або планарна хроматографія

Московський фізико-технічний інститут (Державний університет) Департамент молекулярної та біологічної фізики Фізичні методи дослідження Лекція 7 Газова та рідинна хроматографія. Практична

РОЗДІЛ 7 ГАЗОПОДИННА ХРОМАТОГРАФІЯ Як метод аналізу хроматографія була запропонована російським ботаніком М. С. Колір для вирішення приватного завдання визначення компонентів хлорофілу. Метод виявився універсальним.

Московський фізико-технічний інститут Департамент молекулярної та біологічної фізики Фізичні методи дослідження Лекція 9 Газова хроматографія Техніка та методи експерименту м. Довгопрудний, 3 квітня

Тема 5. Основи реології. В'язкість розчинів полімерів. Теоретична частина. В'язкі рідини та розчини високомолекулярних речовин (ВМС) за характером течії діляться на ньютонівські та неньютонівські. Ньютонівські

Переваги колонок Agilent AdvanceBio SEC для екслюзійної хроматографії при аналізі біофармацевтичних препаратів Порівняння колонок різних виробників для підвищення якості даних Огляд технічної

Московський фізико-технічний інститут (Державний університет) Департамент молекулярної та біологічної фізики Фізичні методи дослідження Лекція 9 Рідинна хроматографія Методи та техніка

Журнал Аналітичної хімії, 5, том 6, 7, c. 73-78 УДК 543.544 Моделювання газової хроматографії за заданої залежності константи Генрі від температури. 5г. Прудковський О.Г. Інститут геохімії та аналітичної

Колонки для ексклюзивної хроматографії Agilent AdvanceBio SEC для аналізу агрегації: сумісність з приладами Огляд технічної інформації Введення Колонки Agilent AdvanceBio SEC це нове сімейство

МУЛЬТИДЕТЕКТОРНА ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЧА ХРОМАТОГРАФІЯ для АНАЛІЗУ ПОЛІМЕРІВ К.Свірський, Agilent Technologies, [email protected]Гель-проникаюча хроматографія єдина хроматографічна методика,

АННОТАЦІЯ робочої програми навчальної дисципліни «Вступ до хроматографічних методів аналізу» за напрямом підготовки 04.03.01 Хімія за профілем підготовки «Аналітична хімія» 1. Цілі освоєння дисципліни

46. ​​ХРОМАТОГРАФІЧНІ МЕТОДИ РОЗДІЛУ Хроматографічними називають багатостадійні методи поділу, в яких компоненти зразка розподіляються між двома фазами нерухомої та рухомої. Нерухома

МІНОБРНАУКИ РОСІЇ НАЦІОНАЛЬНИЙ ДОСЛІДНИЙ ТОМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ Анотована робоча програма дисципліни Хроматографічні методи аналізу

Науково-технологічна компанія СИНТЕКО МЕТОДІКА КІЛЬКІСНОГО ХІМІЧНОГО АНАЛІЗУ КАВИ І ЧАЮ НА ЗМІСТ КАФЕЇНУ МЕТОДОМ РІДИНОЇ ХРОМАТОГРАФІЇ. ДЗЕРЖИНСЬК 1997р. 1 Цей документ поширюється

Лекція 7 (9.05.05) ПРОЦЕСИ ПЕРЕНОСУ У ГАЗАХ Будь-яка термодинамічна система, під якою ми розуміємо сукупність великої кількості молекул, за незмінних зовнішніх умов входить у стан термодинамічного

ФЕДЕРАЛЬНА АГЕНЦІЯ З ОСВІТИ Державна освітня установа вищої професійної освіти «Уральський державний університет ім. А.М. Горького» ІОНЦ «Екологія та природокористування»

Високомолекулярні сполуки (Лисенко Є.А.) Лекція 5 (-Температура). -температура та ідеальність розчину.. -температура та фазові рівноваги. 3. -температура та розміри макромолекулярних клубків. .. Вплив

Лекція 6 Хроматографічні методи аналізу План лекції 1. Поняття та терміни хроматографії. 2. Класифікація хроматографічних методів аналізу. Хроматографічне обладнання. 3. Види хроматографії: газова,

Теорія справжньої речовини. Наукою представлено велику кількість теорії чи законів реального газу. Найбільш відомий закон реального газу Ван-дер-Ваальса, який збільшує точність опису поведінки

БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА АНАЛІТИЧНОЇ ХІМІЇ

Лекція 7. Поверхневі явища 1. Поверхневий натяг 1.1. Поверхнева енергія До цього часу ми не враховували існування кордону розділу різних середовищ*. Однак її наявність може виявитися дуже

В'язкопружність полімерних рідин. Основні властивості полімерних рідин. До полімерних рідин з сильно переплетеними ланцюгами відносяться полімерні розплави, концентровані розчини та напіврозбавлені

Московський фізико-технічний інститут (Державний університет) Кафедра молекулярної фізики Фізичні методи дослідження Лекція 9 Хроматографія. Введення м. Довгопрудний, 9 жовтня 0г. План.

АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ УДК 543.544 АДСОРБЦІЙНА ХРОМАТОГРАФІЯ В АНАЛІЗІ БІОГАЗУ 1999 р. М.В. Ніколаєва НДІ хімії ННГУ ім. Н.І. Лобачевського Л.П. Прохорова Нижегородська станція аерації Розроблено методику

СУЧАСНА ПРЕПАРАТИВНА ФЛЕШ-ХРОМАТОГРАФІЯ Частина 2* А.Аболін, к.х.н., "ГалаХім" [email protected]П.-Ф. Ікар, Interchim (Франція) Ми продовжуємо публікувати матеріали про сучасні методи препаративної

Короткий посібник з вибору колонок і стандартів для гель-проникаючої хроматографії КЕРІВНИЦТВО З ВИБОРУ Введення

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ЗАГАЛЬНА ФАРМАКОПЕЙНА СТАТТЯ Хроматографія ОФС.1.2.1.2.0001.15 Натомість ст. ГФ XI, вип.1 Хроматографією називається метод поділу сумішей речовин, заснований

Програмне забезпечення Agilent для гель-проникаючої хроматографії Єдине та універсальне рішення для швидкого та простого аналізу полімерів Основні характеристики Вступ Компанія Agilent Technologies

2.2.29. ВИСОКОЕФЕКТИВНА РІДИНА ХРОМАТОГРАФІЯ Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ) являє собою метод поділу, заснований на різному розподілі речовин між двома такими, що не змішуються.

Ярославський державний педагогічний університет ім. К. Д. Ушинського Кафедра загальної фізики Лабораторія молекулярної фізики Лабораторна робота 5 Вивчення статистичних закономірностей на дошці Гальтона

Лекція 3. ВІЛЬНА ПОВЕРХНЕВА ЕНЕРГІЯ КОРДОНИ РОЗДІЛУ ФАЗ Поверхневі сили. Поверхневий натяг Розглянемо систему рідину, що містить, і рівноважний з нею пар. Розподіл щільності у системі

2 Методи аналізу: 1. Хімічні методи. Хімічна рівновага та її використання в аналізі. Кислотно-основна рівновага. Сила кислот та основ, закономірності їх зміни. Функція Гаммет. Обчислення

Лекція 7 Розгалужені ланцюгові реакції. Критичні явища у розгалужених ланцюгових реакціях. Е.-К. стор 38-383, 389-39. Просте вираз для швидкості утворення радикалів: d r f(p) g(p) (1)

Лекція 6 Лук'янов І.В. Явлення перенесення у газах. 1. Довжина вільного пробігу молекул. 2. Розподіл молекул за довжинами вільного пробігу. 3. Дифузія. 4. В'язкість газу (внутрішнє тертя).

Федеральна державна бюджетна установа науки «Кіровський науково-дослідний інститут гематології та переливання крові Федерального медико-біологічного агентства» 3.3.2. Медичні імунобіологічні

1. Пояснювальна записка 1.1. Вимоги до студентів Студент повинен мати такі вихідні компетенції: базові положення математичних і природничих наук; володіти навичками самостійної

1 ЛЕКЦІЯ 10 Дві системи у дифузійному контакті. Хімічний потенціал Умова рівноваги фаз. Теплота переходу. Формула Клапейрон-Клаузіус. Дві системи у дифузійному контакті Рівноважний стан

1. Перелік компетенцій із зазначенням етапів (рівнів) їхнього формування. ПК-1: здатність використовувати знання теоретичних, методичних, процесуальних та організаційних засад судової експертизи, криміналістики

Тема. Фізико-хімія поверхневих явищ. Адсорбція. Поверхневі явища виявляються у гетерогенних системах, тобто. системах, між компонентами яких є поверхня розділу. Поверхневими явищами

ТОМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Фізичний факультет ВИВЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ В'ЯЗКИ РІДИНИ МЕТОДОМ СТОКСУ Методичні вказівки для виконання лабораторної роботи Томськ 2014 Розглянуто та затверджено

Високоеластичність полімерних сіток. Полімерні сітки. Полімерні сітки складаються з довгих полімерних ланцюгів, зшитих між собою і таким чином утворюють гігантську тривимірну макромолекулу. Усі полімерні

Газова хроматографія 1 Вимоги до речовин 1. Летучість 2. Термостабільність (речовина повинна випаровуватися без розкладання) 3. Інертність Схема газового хроматографа 1 2 3 4 5 1. Балон з газом-носієм

Навчальну програму складено на основі освітнього стандарту ОСВО 1-31 05 01 2013 та навчального плану УВО G 31 153/уч. 2013 р. СКЛАДНИК: В.А.Вінарський, доцент, кандидат хімічних наук, доцент РЕКОМЕНДОВАНА

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ЗАГАЛЬНА ФАРМАКОПЕЙНА СТАТТЯ Хроматографія на папері ОФС.1.2.1.2.0002.15 Натомість ст. ГФ XI, вип.1 Хроматографічний процес, що протікає на фільтрувальному листі

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти «УФІМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАФТОВИЙ

ПОЛІМЕРНІ СТАНДАРТИ AGILENT ДЛЯ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЧОЇ/ЕКСКЛЮЗІЙНОЇ ХРОМАТОГРАФІЇ Зміст ПОЛІМЕРНІ СТАНДАРТИ ДЛЯ ГПХ... 3 InfinityLab EasiVial...5 InfinityLab EasiCal

Г Р У П П А К О М П А Н І Й Б І О Х І М М К З А К Р И Б І В 1 1 9 8 9 9, Росія, Москва, Ленін Тел./Факс (0 9 5 ) 939-59-67, тел. 939- І Н С Т Р У К Ц І Я по застосуванню Аналітичного комплекту МОСКВА

Теорія іонної хроматографії: універсальний підхід до опису параметрів піку 1998р. А.Г.Прудковський, А.М.Долгоносов Інститут геохімії та аналітичної хімії ім.в.і.вернадського Російської академії наук 117975

Московський фізико-технічний інститут (Державний університет) Департамент молекулярної та біологічної фізики Фізичні методи дослідження Лекція 8 Детектори у хроматографії Рідина хроматографія

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ЗАГАЛЬНА ФАРМАКОПЕЙНА СТАТТЯ Електрофорез ОФС.1.2.1.0021.15 Натомість ст. ГФ XI, вип.1 Електрофорез метод аналізу, заснований на здатності заряджених частинок,

1 Високомолекулярні сполуки (Лисенко Є.А.) Лекція 10. Термомеханічний аналіз аморфних полімерів. 2 1. Основні поняття механічного аналізу фізичних тел. 2. Термомеханічні криві аморфних полімерів

5 ФІЗИЧНІ РІВНОВАГИ У РОЗЧИНАХ 5 Парціальні мольні величини компонентів суміші Розгляд термодинамічних властивостей суміші ідеальних газів призводить до співвідношення Ф = Σ Ф, (5) n де Ф будь-яке екстенсивне

6. Московський фізико-технічний інститут (Державний університет) Кафедра молекулярної фізики Фізичні методи дослідження Лекція Газова хроматографія. Технічна реалізація Рідина хроматографія

Високомолекулярні сполуки (Лисенко Є.А.) Лекція 4. Фазові рівноваги в розчинах полімерів. Кінетика розчинення. Концентраційні режими. Рівняння стану полімерного розчину. . Фазові рівноваги

Лабораторна робота. Визначення вмісту аренів складу З 8 бензинової фракції Знання вуглеводневого (УВ) складу нафт і конденсатів на молекулярному рівні має велике значення як для нафтохімії

Ідеальний полімерний ланцюг. Ідеальний полімерний ланцюг. Ідеальна ланцюг - це модельна ланцюг, у якій нехтують про об'ємними взаємодіями, тобто. взаємодіями віддалених ланцюга ланок.

Лабораторна робота 1.17 ВИВЧЕННЯ ЗАКОНУ НОРМАЛЬНОГО РОЗПОДІЛУ ВИПАДКОВИХ ВЕЛИЧИН М.В. Козинцева Ціль роботи: вивчення розподілу випадкових величин на механічній моделі (дошка Гальтона). Завдання:

БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СТВЕРДЖУЮ Декан хімічного факультету Д.В. Свиридов 2011 р. Реєстраційний УД-/р РОЗЧИНИ ПОЛІМЕРІВ Навчальна програма за спеціальністю 1-31 05 01 Хімія (за напрямками)

Гель-хроматографія як метод визначення молекулярної маси

Гель-проникаюча хроматографіяє різновидом методу фракціонування на колонці, в якій поділ здійснюється за принципом молекулярного сита. Цей принцип був відомий вже на початку 50-х років, але лише після того, як Порат і Флодін знову відкрили і широко використовували цей метод, він отримав визнання та широке застосування у наукових дослідженнях. Починаючи з цього моменту і до 1964 р. було опубліковано понад 300 робіт, присвячених цьому новому методу фракціонування.

Гель-фільтраціяабо ексклюзивна хроматографія(Ситова, гель-проникаюча, гель-фільтраційна хроматографія) - різновид хроматографії, в ході якої молекули речовин поділяються за розміром за рахунок їх різної здатності проникати в пори нерухомої фази. При цьому першими виходять з колонки найбільші молекули (найбільшої молекулярної маси), здатні проникати в мінімальну кількість пор стаціонарної фази. Останніми виходять речовини з малими розмірами молекул, які вільно проникають у пори. На відміну від адсорбційної хроматографії, при гель-фільтрації стаціонарна фаза залишається хімічно інертною і з речовинами, що розділяються, не взаємодіє. Нерухливою фазою є пори сорбенту, заповнені рідиною. Середня швидкість пересування цієї фази вздовж осі колонки дорівнює нулю. Аналізована речовина переміщається вздовж осі колонки, рухаючись разом з рухомою фазою і іноді роблячи зупинки при попаданні в нерухому фазу. Молекули роблять зупинки в щілиноподібних порах, розмір яких по порядку величини відповідає розміру макромолекул.

При екслюзійній хроматографії молекули, що мають у розчині великий розмір, або зовсім не проникають, або проникають тільки в частину пір сорбенту (гелю) і вимиваються з колонки раніше, ніж невеликі молекули. Співвідношення ефективних розмірів макромолекул і пор сорбенту визначає коефіцієнт розподілу K d від якого залежить обсяг утримування компонента V R в колонці:

Ефективним розміром макромолекули при екслюзійній хроматографії є ​​її гідродинамічний радіус R, який разом із молекулярною масою полімеру М визначає характеристичну в'язкість полімеру. Універсальну калібрувальну залежність V R від твору/рівняння (2) вперше отримав експериментально Г. Бенуа, вона має вигляд (рис. 1):

де А та В-константи. Рівняння (2) однаково справедливе для лінійних та розгалужених полімерів, блок-і щеплених кополімерів, олігомерів.

Мал. 1.

хроматографія молекулярний екслюзійний

В області від V 0 до V T (обсяг колонки, доступний для розчинника і молекул нижче за певний розмір, відповідного М хв) робоча залежність має лінійний (квазилінійний) характер. Відповідні обсяги V 0 і V T мол. маси являють собою межі виключення - М макс (молекули великого розміру, що не проникають у пори сорбенту) та М хв, (молекули невеликі, повністю проникають у пори сорбенту). Сорбенти з порами одного розміру теоретично здатні розділяти макромолекули в межах комерційних сорбентів. Для поділу макромолекул у великому діапазоні М потрібні сорбенти з бімодальним і тримодальним розподілом пір за розмірами, що забезпечують лінійну мол. масову калібрувальну залежність у діапазоні М = 10 2,5 - 10 6,5 . Максимальна селективність досягається збільшенням обсягу перового простору сорбенту, у бімодального та тримодального сорбентів, крім того, оптимальним розподілом пір за розмірами. Важливо, щоб при поділі суміші макромолекул їх найбільша і найменша М знаходилися в межах М МІН - М МАКС, характерних для даного сорбенту.

Механізм ексклюзивної хроматографії.Ексклюзивна хроматографія (Size Exclusion Chromatography, SEC) або гель-проникаюча хроматографія (ГПХ, Gel Permeation Chromatography, GPC) реалізується, коли поведінка макромолекул у порах визначається ентропійною складовою вільної енергії, а енергетична складова мала порівняно з нею. У цьому випадку коефіцієнт розподілу буде експоненційно залежати від співвідношення розміру макромолекули і розміру пір. Макромолекули в р-рі є статистич. ансамбль (статистич. клубок). Їх розподіл між пористим сорбентом і розчином контролюється зміною енергії Гіббса при переході макромолекули з розчину в пори: де - зміна ентальпіімакромолекули внаслідок взаємод. її сегментів з пов-стю сорбенту (матрицею гелю); - зменшення ентропії при переході макромолекули з розчину в пори; Т – абс. т-ра. Поділ макромолекул відбувається в ексклюзійному режимі, коли, a K d залежить від співвідношення розмірів макромолекул і пір, менше 1. Для придушення небажаних для виняткової хроматографії явищ іонної ексклюзії і іонообмінної сорбції модифікують поверхню сорбентів , збільшують іонну силу розчинника, послаблюючи кулонівську взаємодію, додають органічні розчинники, зміщуючи цим рК поліелектроліту або изоэлектрическую точку поліамфолітів. З іншого боку, іонообмінну сорбцію та іонну эксклюзив можна використовувати для поділу нейтральних макромолекул, поліаніонів і полікатіонів одного розміру. Оскільки дисоціація поліелектролітів збільшується з розведенням їх розчинів, то при екслюзійній хроматографії макромолекули на краях хроматографічної колонки, де їх концентрація мала, дисоціюють і рухаються по колонці не за законами екслюзійної хроматографії, а за законами іонообмінної сорбції макромолекули, що призводить до спотворення форми кривої залежності V та М (рис. 2), а також дозволяє діагностувати наявність того чи іншого процесу.

Мал. 2. Ексклюзивна хроматографія нейтральних макромолекул (а) та поліелектролітів: іонна екслюзія (б), іонообмінна сорбція (в)

Ефекти, аналогічні іонообмінної сорбції, але тільки більш слабкою мірою, можуть спостерігатися при гідрофобних взаємодіях макромолекулярних сегментів з модифікованою гідрофобними радикалами поверхнею сорбенту або при електростатичній взаємодії поверхневих силанольних гідроксигруп з функціональними групами полярних макромолекул. Всі ці ефекти повинні пригнічуватися при проведенні хроматографії.

Для аналізу будь-якого полімеру по молекулярних мас необхідно підібрати колонку з відповідним розміром пор або серію колонок з різними порами або скористатися колонкою з сумішшю сорбентів з різними порами (колонка Linear в наведеному прикладі). Вочевидь, щоб використовувати метод ГПХ для аналізу ММР необхідно забезпечити умови реалізації эксклюзивного механізму поділу, не ускладненого ефектами взаємодії як серединних, і кінцевих ланок ланцюга. Йдеться про адсорбційну взаємодію з неполярного розчинника або звернено-фазну взаємодію неполярних фрагментів ланцюга при хроматографії гідрофільних полімерів у водному середовищі. Крім того, водорозчинні полімери, що містять іонізовані групи, здатні до сильних електростатичних взаємодій та вимагають особливо ретельного підбору умов хроматографії. Підбір умов включає вибір підходящих за хімічною будовою для конкретного аналізу сорбенту і розчинника (елюентів).

Техніка ексклюзивної хроматографії.Для поділу макромолекул у режимі эксклюзивної хроматографії використовують колонки двох типів: що працюють у вузькому = 10 2) і широкому (= 10 4 - 10 5) діапазонах. Колонки широкого діапазону M мають широке розподілення пор сорбенту за розмірами (бімодальне, тримодальне). Цей розподіл підбирається таким чином, щоб при заданих ступеня лінійності калібрувальної мол.-масової залежності та діапазону мас забезпечувалася найбільша ступінь селективності. Ексклюзивна хроматографія здійснюється за допомогою хроматографа, детектором служить спектрофотометр або проточний рефрактометр із граничною чутливістю 5 х 10 -8 од. рефракції, що відповідає концентрації полімеру 5-10 -5%. Зазвичай прилад працює при кімнатній температурі, проте ексклюзивна хроматографія поліолефінів вимагає підвищеної температури, що сприяє збільшенню селективності поділу, ефективності колонок та швидкості аналізу внаслідок зменшення в'язкості рухомої фази. Сучасні хроматографи комплектуються автоматичним пристроєм для приготування (розчинення полімеру, фільтрація розчину) та введення проби, комп'ютером для інтерпретації результатів аналізу ММР. Застосування комбінації рефрактометричного детектора та фотометра дозволяє визначати ММР та індекси розгалуженості без калібрування хроматографа за полімерними стандартами. При гель-фільтрації білків необхідно вживати заходів для запобігання їх адсорбції на сорбенті і не допускати їхньої денатурації. На відміну від эксклюзивної хроматографії синтетичних полімерів та олігомерів, що використовується головним чином в аналітичних цілях, гель-фільтрація білків - один з найважливіших способів їх виділення та очищення.

Для екслюзійної хроматографії використовують макропористі неорганічні або полімерні сорбенти. Для екслюзійної хроматографії полярних полімерів неорганічні сорбенти (силікагелі та макропористе скло) модифікують кремнійорганічними радикалами, а для екслюзійної хроматографії гідрофільних полімерів - гідрофільними групами. Серед полімерних сорбентів найбільш поширені стирол-дивініл-бензольні (для екслюзійної хроматографії високополімерів та олігомерів). Для гель-фільтрації біополімерів, насамперед білків, використовують гідрофільні полімерні сорбенти (сефадекси - декстрани з поперечними зшивками, а також поліакриламідні гелі) або модифіковані полісахаридами макропористі силікагелі.

Ексклюзивну хроматографію ефективно застосовують при розробці нових полімерів, технологічних процесів їх отримання, контролю виробництва та стандартизації полімерів. Ексклюзивну хроматографію використовують для аналізу ММР полімерів, дослідження, виділення та очищення полімерів, у т. ч. біополімерів.

Фізичні основи цього дуже прості і наочні. Досліджуваний розчин полімеру протікає через колонку, наповнену пористим сорбентом. Поділ сумішей компонентів заснований на розподілі речовини між рухомою (поточний розчинник) і нерухомою (розчинник у порах сорбенту) фазами, тобто на різній здатності макромолекул полімеру проникати в пори гранул гелю, звідки і походить назва методу .

Поверхня гранул сорбенту покрита безліччю каналів, заглиблень та інших нерівностей, умовно званих порами, загальний обсяг яких становить V„. Об'єм, недоступний для розчинника, називають мертвим об'ємом. Нехай повз таку поверхню протікає розчин, розміри якого можна порівняти з розмірами пор або менше їх. Частина таких молекул проникає в пори, якщо їх концентрація в фазі, що рухається, більша, ніж у порах. Коли зона розчиненої речовини залишає цю ділянку сорбенту, концентрація молекул усередині пір гелю стає більшою, ніж зовні, і молекули знову дифундують у потік рухомий фази. Якщо розмір молекул більше розмірів пор, то така молекула проходить повз гранули гелю, не затримуючись, тобто виключається (exclusion) з порового простору. Таким чином, макромолекули більшого розміру протікають через колонку швидше. Це означає, що різні молекули полідисперсного зразка виходитимуть з колонки в різний час при різному об'ємі, що утримується. VR

VR= V0 + kvV„ >

Де Vo- Об'єм рухомої фази (поточний розчинник); Kv- Коефіцієнт розподілу пір за обсягом: для великих, що повністю виключаються з пір макромолекул kv = 0; для молекул розчинника kv = 1),

Значення Vr залежать головним чином від температури, природи розчинника та концентрації розчину.

Поведінка макромолекули в розчині легко піддається детальному опису, якщо визначити її енергію Гіббса. AG. Якщо макромолекула потрапляє до пори, її ентропія зменшується. За наявності взаємодії сегментів макромолекули зі стінками пори відбувається зміна ентальпії: при тяжінні ентальпія зменшується, і навпаки. Тому за відсутності адсорбції AG > 0, при сильній адсорбції макромолекул на стінках пори AG < 0. Відповідно в першому випадку має місце екслюзійна хроматографія (розподіл за розмірами), а в другому - адсорбційна; умови при AG=0 називаються критичними. Оскільки в області AG > 0 відбувається поділ макромолекул за розмірами, можливий аналіз молекулярних мас лінійних полімерів. Якщо полімер розгалужений, процес поділу ускладнюється і залежить від типу і числа відгалужень, а у разі кополімерів - також від складу, і блочності ланцюга.

Найбільше застосування як сорбенту отримали гелі гідрофобних матеріалів, наприклад полістиролу, зшитого дивініл - бензолом: У таких гелях практично повністю відсутні ефекти адсорбції аналізованих проб. Останнім часом широко поширені макропористі скла, які мають порівняно з полімерним сорбентом ряд переваг (жорсткість частинок, варіювання розмірів пор, хімічна стабільність) і недоліків (підвищена сорбція на них полімерів).

Найбільш уживаними розчинниками є тетра - гідрофуран (ТГФ), хлороформ, толуол, циклогексан та їх суміші. Перевага надається ТГФ, який, на відміну від толуолу, не утворює міцел або агрегатів з макромолекулами полімеру та прозорий в УФ - області спектру. Крім того, ефективність методу 11IX при використанні ТГФ максимальна за досить низьких температур (35-45 °С). Однак при тривалому зберіганні ТГФ окислюється з утворенням вибухонебезпечних пероксидних сполук, тому необхідно проводити його попереднє очищення. Використовуючи ТГФ як розчинник, можна аналізувати каучуки всіх марок, а також термоеластопласти. При проведенні аналізу бутадієн – нітрильного каучуку доцільно використовувати суміш розчинників, один з яких має спорідненість до неполярної ланки каучуку, а інший – до полярного. Якщо використовується рефрактометричний детектор, необхідною вимогою до розчинника є різниця показників заломлення розчинника та полімеру.

Вперше прилад для гель-хроматографічного аналізу поліМеров випущений фірмою "Waters" в 1964 році, п'ять років післяВідкриття методу. Сьогодні рідинні хроматографи для аналізуМолекулярно-масового розподілу (ММР) полімерів випускаються у всіх промислово розвинених країнах, у Росії відомі хроматографи серії ХЖ. До останніх модифікацій зарубіжних приладів належить гель-хроматограф фірми "Waters Chem. Div." з віскозиметром визначення молекулярної маси, ММР, і навіть ступеня орієнтації макромолекул. Карусельна конструкція приладу дозволяє одночасно випробовувати 16 зразків.

Блок-схема хроматографа включає: Блок Дегазатора - служить для видалення газів з розчинника і сприяє підтримці однакової кількості розчинника протягом тривалого часу.

Блок Дозатора - дозволяє вчасно вводити пробу заданого об'єму і працювати в автоматичному режимі,

В сучасних рідинних хроматографах перерахунок хромато - грами в ММР полімеру, включаючи калібрування приладу по молекулярній масі і корекцію на приладове розширення, здійснюється за допомогою ЕОМ. Це дозволяє за прийнятими програмами розраховувати диференціальну та інтегральну ММР та усереднені значення молекулярної маси. Спеціальні мікропроцесори керують роботою блоків приладу за заданою програмою.

Приклад запису умов експерименту, який проводиться методом гельпроникної хроматографії.Установка складається з таких основних елементів; насос моделі 6000А, дозатор проб U 6К і диференціальний рефрактометр R 401. У установку входять також 3 розділові колонки кожна довжиною 300 мм і з внутрішнім діаметром 8 мм. Колонки заповнені SDV-Gel 5, який має діаметр пір 103, 104 і 105 A (Polymer-Standard-Service, PSS, Mainz). Температура дослідження становить 22°З швидкість пропускання 1,0 мл/хв. Як розчинник використовується тетрагідрофуран, об'єм упорскування 100 мкл при концентрації проби 6-10 г/л. Універсальне калібрування проводиться по полістиролу з молекулярною масою 104-106 г/моль.

ГПХ дозволяє вивчити тонкі зміни в хімічній структурі полімерів та визначити повне ММР, а тому широко використовується в хімії полімерів. У промисловому виробництві еластомерів метод ДПХ може бути застосований для оперативного контролю якості продукції, що серійно випускається, і відповідного коригування технологічного процесу, а також при розробці та вдосконаленні отримання еластомерів із заданими властивостями. Гель-хроматографи можна включати до автоматизованих систем управління технологічними процесами з відбором проб на аналіз безпосередньо з реактора. Тривалість аналізу, включаючи підготовку проби, становить 20-30 хвилин.