Polimer Karakterizasyonu için Jel Geçirgenlik Kromatografisini Geliştirmek için Kırılma İndisinin Konsantrasyon Bağımlılığının Ölçülmesi

Yazar: Gabor Kiss
Tarih: Ekim 2019
Arka plan:
Polimer karakterizasyonu için kullanılan en önemli tekniklerden biri, moleküler ağırlık, moleküler ağırlık dağılımı, dallanma derecesi, dönme yarıçapı, çözücü gücü vb. ölçmek için kullanılan Jel Permeasyon Kromatografisidir (GPC). Cihaz, molekül ağırlığındaki küçük değişikliklere dayanır. kırılma indisi Çözelti gözenekli bir ortamdan pompalanırken bir "elüsyon eğrisi" oluşturmak için bir çözücü ("mobil faz" olarak adlandırılır) içindeki polimerin varlığına bağlıdır. Belirleyici parametre, dn/dC olarak adlandırılan kırılma indisinin konsantrasyonla değişimidir. Bu parametre polimer/solvent sistemleri arasında büyük farklılıklar gösterir. Eğer dn/dC bilinmiyorsa, %100 "geri kazanım oranı", yani GPC kolonunda absorpsiyon nedeniyle polimer kaybı olmadığı varsayılarak GPC kullanmak mümkündür. Ancak, dn/dC biliniyorsa, bu varsayım gerekli değildir, bu nedenle ölçümler daha kesindir. Aslında, dn/dC'nin bilinmesiyle Geri Kazanım Oranı, %100'e ne kadar yakınsa o kadar iyi olan, geçerli ölçüm sonuçlarını gösteren ve böylece Jel Geçirgenlik Kromatografisi tekniğini geliştiren bir değer haline gelir.
Meydan okuma:
Chromis Teknolojileri veri merkezi ve görsel-işitsel uygulamalar için bir dizi Aktif Optik Kabloda (AOC) kullanılan polimer optik fiberler üretmektedir. Polimer, özel bir perflorlu amorf polimerdir. Bu polimerlerin hitap ettiği uygulama alanını ayırma, kaplama ve diğer alanlara genişletmek için Chromis bir polimer geliştirme programı başlattı. GPC, bu programda kullanılan polimer karakterizasyon tekniklerinden biriydi.
Polimer sentezi sürecindeki önemli bir adım, öncü polimerin işlemden geçirilmesidir. Chromis, son işlemin yoğunluğunun dn/dC'yi etkileyip etkilemediği sorusuyla karşı karşıya kalmıştır. Eğer öyleyse, farklı işlem sonrası derecelerine sahip polimerlerin GPC elüsyon eğrileri doğrudan karşılaştırılamaz ve MW / MWD ölçümleri daha az anlamlı olur.
Chromis bu soruyu yanıtlamak için Rudolph Araştırma Analitik seyreltik çözeltilerin kırılma indisini bir dizi konsantrasyon üzerinden ölçmek için. Bu, üç nedenden dolayı son derece zorlu bir uygulamaydı:
1) Jel Geçirgenlik Kromatografisi, çözeltilerin polimer moleküllerinin etkileşime girmeyeceği kadar seyreltik olmasını gerektirir. Polimerler büyük moleküller olduğundan, çözeltiler son derece seyreltiktir, bu nedenle kırılma indisi değişiklikleri, çalışılan konsantrasyon aralığında %0,05 mertebesinde küçüktür.
2) Bu uygulama için gerekli olan perflorlu çözücü, rakip refraktometrelerin aralığının dışında, son derece düşük bir kırılma indisi değerine sahiptir
3) Belirli polimer/solvent sistemi düşük dn/dC'ye sahiptir, bu nedenle ölçüm daha da zordur
Aşağıda gösterildiği gibi, Rudolph J457 Laboratuvar Refraktometresi bu zorluğun üstesinden zekice geldi.
Sonuçlar:
Aşağıdaki dört grafik, farklı sayıda son işlem döngüsüne sahip çeşitli polimerler için 0 (saf çözücü) ile yaklaşık 15 mg/mL arasındaki bir konsantrasyon aralığında kırılma indisi ölçümlerini göstermektedir.

Bu verilerin kapsadığı aralığın son derece dar olduğuna dikkat edin (1.2658 - 1.2665 = 0.0008 veya yaklaşık %0.06). Buna rağmen, her konsantrasyonda tekrarlanabilirlik mükemmeldir ve tüm veriler 1'e çok yakın korelasyon katsayısı ile güzel düz çizgiler üzerine düşer. Her polimer için hesaplanan dn/dC çok yakındır. Daha da ilgi çekici olanı, tüm veriler birlikte çizildiğinde, dn/dC'nin Jel Geçirgenlik Kromatografisi tarafından kullanılan seyreltik çözeltiler için işlem sonrası yoğunluğa bağlı olmadığı açıktır.

Sonuç:
Kullanarak Rudolph Araştırma Analitik J457 Laboratuvar RefraktometresiChromis, polimer geliştirme programındaki kilit bir soruyu yanıtlamak için gereken verileri kolay ve hızlı bir şekilde elde edebildi ve böylece sofistike bir GPC cihazına yaptığı yatırımdan elde ettiği faydayı en üst düzeye çıkardı.
Jel Permeasyon Kromatografisi (GPC) kullanan herkes, önemli bir GPC parametresi elde etmek için Kırılma İndisi ölçümlerini kullanan bu yaklaşımdan faydalanabilir. Bu, GPC ölçümlerinin hassasiyetini ve doğruluğunu GPC'nin tek başına sağlayabileceğinin ötesinde geliştirir.