Medición de la dependencia de la concentración del índice de refracción para mejorar la cromatografía de permeación en gel para la caracterización de polímeros

Autor: Gabor Kiss
Date: Octubre de 2019
Antecedentes:
Una de las técnicas de trabajo para la caracterización de polímeros es la cromatografía de permeación en gel (GPC), que se utiliza para medir el peso molecular, la distribución del peso molecular, el grado de ramificación, el radio de giro, el poder disolvente, etc. El instrumento se basa en pequeños cambios en índice de refracción debido a la presencia de polímero en un disolvente (denominado "fase móvil") para generar una "curva de elución" a medida que la solución se bombea a través de un medio poroso. El parámetro determinante es el cambio del índice de refracción con la concentración, denominado dn/dC. Este parámetro varía mucho entre los sistemas polímero/disolvente. Es posible utilizar la GPC si no se conoce dn/dC, suponiendo una "tasa de recuperación" del 100%, es decir, que no se pierde ningún polímero debido a la absorción dentro de la columna de GPC. Sin embargo, si se conoce dn/dC, esta suposición no es necesaria, por lo que las mediciones son más precisas. De hecho, al conocer dn/dC, la relación de recuperación se convierte en una cifra de mérito, cuanto más cercana al 100% mejor, lo que indica resultados de medición válidos y, por tanto, mejora la técnica de cromatografía de permeación en gel.
El reto:
Tecnologías Chromis fabrica fibras ópticas de polímero que se utilizan en una línea de cables ópticos activos (AOC) para centros de datos y aplicaciones audiovisuales. El polímero es un polímero amorfo perfluorado especializado. Para ampliar el campo de aplicación de estos polímeros a separaciones, revestimientos y otros campos, Chromis puso en marcha un programa de desarrollo de polímeros. La GPC fue una de las técnicas de caracterización de polímeros empleadas en este programa.
Un paso clave en el proceso de síntesis de polímeros es el postprocesado de un polímero precursor. Chromis se enfrentó a la cuestión de si la intensidad del post-procesado afecta a dn/dC. En caso afirmativo, las curvas de elución GPC de polímeros con diferentes grados de post-procesado no podrían compararse directamente y las mediciones MW / MWD serían menos significativas.
Para responder a esta pregunta, Chromis colaboró con Rudolph Research Analytical para medir el índice de refracción de soluciones diluidas en una gama de concentraciones. Se trataba de una aplicación muy exigente por tres motivos:
1) La cromatografía de permeación en gel requiere que las soluciones estén diluidas hasta el punto de que las moléculas de polímero no interactúen. Dado que los polímeros son moléculas grandes, las soluciones son extremadamente diluidas, por lo que los cambios del índice de refracción son pequeños, del orden del 0,05% en el intervalo de concentraciones estudiado.
2) El disolvente perfluorado necesario para esta aplicación tiene un valor de índice de refracción extremadamente bajo, fuera del rango de los refractómetros de la competencia.
3) El sistema polímero/disolvente en cuestión tiene un dn/dC bajo, por lo que la medición es aún más difícil.
Como se muestra a continuación, el Rudolph J457 Refractómetro de laboratorio superó este reto con brillantez.
Resultados:
Los cuatro gráficos siguientes muestran mediciones del índice de refracción en una gama de concentraciones de 0 (disolvente puro) a aproximadamente 15 mg/mL para varios polímeros con diferente número de ciclos de postprocesado.

Obsérvese el rango extremadamente estrecho que abarcan estos datos (1,2658 - 1,2665 = 0,0008 o aproximadamente 0,06%). A pesar de ello, la reproducibilidad en cada concentración es excelente y todos los datos caen en hermosas líneas rectas con coeficientes de correlación muy cercanos a 1. La dn/dC calculada para cada polímero es muy cercana. Aún más convincente, cuando se trazan todos los datos juntos, queda claro que dn/dC no depende de la intensidad del postprocesado para las soluciones diluidas utilizadas por la cromatografía de permeación en gel.
$Cromatografía de permeación en gel - Índice de refracción$
Conclusión:
Utilizando el Rudolph Research Analytical J457 Refractómetro de laboratorioChromis pudo obtener fácil y rápidamente los datos necesarios para responder a una pregunta clave en su programa de desarrollo de polímeros y maximizar así el beneficio de su inversión en un sofisticado aparato de GPC.
Cualquiera que utilice la cromatografía de permeación en gel (GPC) se beneficiará de este enfoque, que utiliza mediciones del índice de refracción para obtener un parámetro clave de la GPC. Esto mejora la precisión y exactitud de las mediciones GPC más allá de lo que GPC solo puede proporcionar.