GPC/SEC-Theorie: Universelle Kalibrierung

Bei der konventionellen Kalibrierung ergibt sich ein inhärentes Problem, wenn wir eine Probe untersuchen, die sich von den zur Kalibrierung der Säule verwendeten Standards chemisch unterscheidet. Da dies jedoch häufig der Fall ist, müssen wir die konventionelle Kalibrierung verbessern, indem wir einen zusätzlichen Detektor und ein Verfahren einsetzen, das als Universelle Kalibrierung bezeichnet wird. Bei dem zusätzlichen Detektor handelt es sich um einen differentiellen Viskositätsdetektor mit vier Kapillaren

Wie wir zuvor bei der konventionellen Kalibrierung und der Trennungstheorie erwähnt haben, besteht das Prinzip der GPC/SEC darin, dass Makromoleküle auf der Grundlage ihres hydrodynamischen Radius bzw. Volumens getrennt werden. Für die genaue Kalibrierung einer Säule müssen wir daher eine Beziehung zwischen dem hydrodynamischen Volumen und dem Retentionsvolumen aufstellen (Universelle Kalibrierung), was im Gegensatz zur konventionellen Kalibrierung steht, die eine Beziehung zwischen dem Molekulargewicht und dem Retentionsvolumen bedingt. Der Viskositätsdetektor ermöglicht dies, weil er die Grenzviskosität (IV) direkt misst. Die Grenzviskosität ist umgekehrt proportional zur molekularen Dichte der Polymerkette bzw. Proteinspirale.

Aus dem Produkt der Molekülmasse und der Grenzviskosität ergibt sich das hydrodynamische Volumen:

MW • IV = 5/2 • NA • Vh


Da ein mit einem Konzentrationsdetektor (RI-Detektor oder UV/Vis-Spektrometer) gekoppelter Viskositätsdetektor in der Lage ist, die Grenzviskosität (IV) direkt zu messen, können wir nun eine Eichkurve erstellen [log (Mw * IV) gegen Retentionsvolumen (RV)].

Vorgehensweise:

• Injektion einer Reihe schmaler Standards mit bekanntem Molekulargewicht
• Messung des Retentionsvolumens am resultierenden Scheitelpunkt vom RI-Detektor
• Berechnung der Grenzviskosität (IV) am Peak vom Signal des Viskositätsdetektors über die Software
• Erstellung einer Eichkurve [log (MW • IV) gegen Retentionsvolumen].

Bei der Analyse unserer unbekannten Probe können wir nun jeden Datenpunkt (RV) auf der Eichkurve nachsehen, bis wir Y = log (MWi • IVi) gefunden haben.

Da wir IVi mit Hilfe des Viskositätsdetektors bestimmt haben, können wir zur weiteren Berechnung folgende Gleichung aufstellen: MWi = 10Y/IVi.

Ab hier können wir die in Abschnitt „Konventionelle Kalibrierung“ aufgeführten Gleichungen benutzen, um den Mittelwert für Mn, Mw und Mz zu bestimmen.

Neben der Möglichkeit zur Bestimmung der tatsächlichen Molekulargewichtsverteilungen (Mn, Mw und Mz) sowie der tatsächlichen Molekülgröße (Rh und Vh) und Grenzviskosität (IV) liefert uns der Viskositätsdetektor auch wichtige strukturelle Informationen über die Konformation, Aggregation und Verzweigung. Die Grenzviskosität ist die inverse Dichte der Polymerkette in Lösung und stellt einen direkten sowie empfindlichen strukturellen Parameter dar, wodurch es sich um einen wichtigen Parameter in der Polymerindustrie handelt.

Die bekannte Mark-Houwink-Gleichung:

    IV = K • MWa

erhalten wir durch doppeltlogarithmische Auftragung der Grenzviskosität gegen MW. Die Mark-Houwink-Gleichung ist die zur Analyse von Polymerstrukturen verwendete, zentrale Gleichung. Sie spiegelt strukturelle Veränderungen im Polymer wider, wie z. B. Verzweigung und Kettensteifigkeit. Die durch den Mark-Houwink-Exponenten „a“ beschriebene Steigung kann zwischen 0 für feste Kugeln und 2 für stäbchenförmige Strukturen liegen.

Veränderungen in dieser Steigung werden verwendet, um Verzweigungen festzustellen.

Wir können uns fast alle Vorteile der Universellen Kalibrierung auch mit dem Drei- oder Vierfachdetektionsverfahren zunutze machen, das die GPC/SEC mit Hilfe der Lichtstreuung weiter verbessert, d. h. wir können damit das Molekulargewicht direkt messen, wobei der zeitaufwändige Säulenkalibriervorgang vermieden wird und nichtchromatographische Säuleninteraktionen keine Auswirkung haben.

GPC/SEC-Systeme:

Viscotek TDAmax Integriertes, temperaturgesteuertes GPC/SEC-System

Das Viscotek TDAmax ist ein vollständiges, temperaturgesteuertes und fortschrittliches GPC/SEC-Multidetektorsystem, das sich für alle makromolekularen Anwendungen eignet, insbesondere in der Forschung. Es besteht aus drei einzigartigen und komplementären Komponenten – die Drei- oder Vierfachdetektionsreihe (TDA), das GPCmax-integrierte Lösungsmittel- und Probenabgabemodul und die OmniSEC-Software.

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Viscotek 270max Modulares GPC/SEC-System für Raumtemperatur

Das Viscotek 270max ist ein modulares und fortschrittliches Multidetektorsystem, das bei Raumtemperatur arbeitet. Es eignet sich ideal für die vollständige routinemäßige Charakterisierung natürlicher und synthetischer Polymere, Copolymere und Proteine.

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Viscotek RImax Modulares und konventionelles GPC/SEC-System

Das Viscotek RImax ist ein modulares und konventionelles Kalibriersystem. Es ist einfach zu handhaben und kann vollständig auf eine weitergehende Detektionsfähigkeit erweitert werden. Zudem ist es für die routinemäßige GPC/SEC und für Lehrzwecke ausgelegt. Es funktioniert mit der gleichen leistungsstarken OmniSEC-Software, die auch bei den fortschrittlichen Systemen zum Einsatz kommt.

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