Mia Summers、Jeremy Shia、Kenneth J. Fountain

　　沃特世公司(美國(guó)馬薩諸塞州米爾福德)

　　應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　■ 不需花費(fèi)時(shí)間來(lái)維護(hù)多種基于不同溶劑的色譜柱

　　■ 可對(duì)APC™ 系統(tǒng)及色譜柱進(jìn)行快速再平衡，以快速實(shí)現(xiàn)溶劑轉(zhuǎn)換

　　沃特世提供的解決方案

　　ACQUITY APC™ 系統(tǒng)

　　ACQUITY APC XT色譜柱

　　Waters® Ready-Cal聚合物標(biāo)準(zhǔn)品

　　Empower® 3色譜數(shù)據(jù)軟件

　　關(guān)鍵詞

　　聚合物、SEC、GPC、APC、聚合物表征、溶劑轉(zhuǎn)換、THF、甲苯、DMF

　　引言

　　凝膠滲透色譜(GPC)柱通常填充諸如苯乙烯-二乙烯基苯或異丁烯酸酯聚合物等凝膠型固定相。這些固定相需要進(jìn)行充分老化，以使填充顆粒在所用流動(dòng)相內(nèi)膨脹到適當(dāng)大小。為了確保這些色譜柱實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的性能，顆粒物常常填充在具體分析項(xiàng)目所用的流動(dòng)相溶劑(或具有相似屬性的溶劑)內(nèi)。因此，市面上能買到的特定孔徑的色譜柱通常提供多種選項(xiàng)以適應(yīng)不同的溶劑。使用不同的流動(dòng)相可最大限度地減小因顆粒物屬性改變而引起的任何柱性能損失。

　　在色譜分析中使用凝膠型填充材料有明顯缺陷。如果流動(dòng)相溶劑需要改變，那么聚合物研究人員必須購(gòu)買一根采用適當(dāng)流動(dòng)相的新色譜柱，或者使用一根現(xiàn)有色譜柱進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間平衡并且不得不接受柱性能可能會(huì)下降的事實(shí)。此外，凝膠型固定相的機(jī)械性能在較高背壓下會(huì)變得不穩(wěn)定，并且必須輕緩使用以確保顆粒物不變形。

　　用于聚合物分析的沃特世超高效聚合物色譜(APC™)柱包含對(duì)溶劑改變有復(fù)原作用的高強(qiáng)度亞3μm雜化硅膠顆粒。由于這種顆粒在不同溶劑內(nèi)的膨脹程度極小或根本不膨脹，因此柱性能可在使用多種常見流動(dòng)相時(shí)保持不變。APC色譜柱的多用性使聚合物科學(xué)家能根據(jù)具體應(yīng)用項(xiàng)目選擇最適合的溶劑對(duì)其樣品進(jìn)行分析，而同時(shí)又能最大限度地減少實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的色譜柱數(shù)量。低擴(kuò)散ACQUITY APC系統(tǒng)與穩(wěn)健的APC色譜柱聯(lián)用可適應(yīng)高背壓，從而可使用更快的流速。這不僅可顯著縮短分析聚合物樣品的時(shí)間，而且也可通過(guò)加快系統(tǒng)總體平衡速度并使用同一組色譜柱完成多項(xiàng)應(yīng)用，從而節(jié)省大量資源。

　　實(shí)驗(yàn)

　　ACQUITY APC系統(tǒng)條件

　　檢測(cè)器： ACQUITY® RI示差折光檢測(cè)器

　　RI流通池： 35 ℃

　　流動(dòng)相： THF、甲苯或包含10mM LiCl的DMF

　　流速： 1mL/min

　　色譜柱： ACQUITY APC XT 450 Å、4.6 x 150 mm 2.5 μm(單柱);ACQUITY APC XT 450Å和125Å、4.6 x 150 mm，2.5 μm(串聯(lián)柱)

　　柱溫： 35 ℃

　　樣品稀釋劑： THF、甲苯或包含10mM LiCl的DMF

　　進(jìn)樣量： 20 μL

　　數(shù)據(jù)管理： Empower 3色譜數(shù)據(jù)軟件

　　樣品制備

　　標(biāo)準(zhǔn)品： 沃特世聚苯乙烯ReadyCal標(biāo)準(zhǔn)品試劑盒(p/n WAT058931)，1 mg/mL

　　樣品： 聚苯乙烯1 8 0 K 窄分布樣品，1 mg/mL，溶于T HF、含聚(甲基異丁烯酸酯-乙基丙烯酸酯)的THF、含聚(9,9-二-n-芴基- 2,7-二基)的甲苯、含聚(雙酚A-表氯醇)的10 mM LiCl-DMF

　　結(jié)果與討論

　　用于聚合物分析的常規(guī)色譜柱通常由聚合性固定相組成，例如：與二乙烯基苯交聯(lián)的聚苯乙烯。這些固定相需要在流動(dòng)相內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)平衡，以使其顆粒膨脹至最終大小。顆粒在膨脹過(guò)程中會(huì)變得不穩(wěn)定并需要施加輕柔的填充和運(yùn)行壓力，以確保色譜柱長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。改變流動(dòng)相溶劑通常效果不佳，這是因?yàn)轭w粒物在備選溶劑內(nèi)的膨脹程度有所不同并且由此會(huì)影響到色譜柱的填充效率和長(zhǎng)期重現(xiàn)性。如果需要對(duì)流動(dòng)相溶劑進(jìn)行改變，那么就不得不進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的轉(zhuǎn)換和平衡步驟。新溶劑通常先以極低的流速運(yùn)行，然后緩慢增加至工作流速并長(zhǎng)時(shí)間流動(dòng)以確保顆粒物在新流動(dòng)相內(nèi)徹底達(dá)到平衡。與其進(jìn)行這個(gè)耗時(shí)的步驟，不如向相關(guān)制造商訂購(gòu)并要求其提供流動(dòng)相溶劑符合預(yù)期用途的新色譜柱。然而，不得不購(gòu)買幾根色譜柱以使其分別用于不同溶劑的事實(shí)也使操作變得繁瑣并增加了成本。成本增加表現(xiàn)在通常需要將色譜柱串聯(lián)連接以進(jìn)行聚合物分析;這意味著在對(duì)具有不同溶劑需求的聚合物進(jìn)行分析時(shí)，需要使用基于各種溶劑的多套色譜柱。將雜化硅膠顆粒柱用于超高效聚合物色譜(APC)使色譜分析師可選出適合其聚合物分析的理想流動(dòng)相。與聚合性固定相相比，雜化硅膠顆粒不易膨脹和收縮，從而允許用戶可在不同流動(dòng)相溶劑間實(shí)現(xiàn)輕松轉(zhuǎn)換并由此確保了分析結(jié)果的長(zhǎng)期重現(xiàn)性。此外，高強(qiáng)度雜化硅膠顆粒允許采用高流速，從而能使色譜分析師可受益于APC系統(tǒng)提供的更短的運(yùn)行時(shí)間、更好的峰形和分辨率。

　　如圖1所示，為了說(shuō)明ACQUITY APC色譜柱的溶劑靈活性，我們比較了一種窄分布聚苯乙烯樣品在使用三種流動(dòng)相(THF、甲苯和DMF)時(shí)的洗脫曲線。

　　圖1. 比較聚苯乙烯窄分布樣品在ACQUITY APC XT 450 Å 2.5 μm、4.6 x 150 mm色譜柱中使用三種不同溶劑(THF、甲苯和DMF)進(jìn)行洗脫的情況。洗脫時(shí)間方面的差異因分析物在不同溶劑中所表現(xiàn)出的特性有所變化而引起。

　　對(duì)于每種溶劑系統(tǒng)，均使用已在相應(yīng)溶劑中進(jìn)行過(guò)配制的沃特世ReadyCal標(biāo)準(zhǔn)品生成一條校準(zhǔn)

　　曲線，如圖2所示。

　　圖2.比較在同一根ACQUITY APC XT 450Å 4.6 x 150 mm色譜柱上對(duì)不同溶劑(THF、甲苯和DMF)得出的聚苯乙烯校準(zhǔn)曲線(分子量范圍：17.6 K - 277 K)，結(jié)果表明不同溶劑的擬合度極佳。

　　根據(jù)校準(zhǔn)曲線對(duì)該窄分布聚苯乙烯樣品進(jìn)行了檢測(cè)，然后分別對(duì)每種溶劑系統(tǒng)計(jì)算出分子量(Mp、Mw、Mn)和聚合物分散指數(shù)(PD)并將其進(jìn)行比較，如表1所述。在使用APC色譜柱的ACQUITY APC系統(tǒng)中進(jìn)行的各項(xiàng)測(cè)定均表現(xiàn)出良好的精確度和準(zhǔn)確度。對(duì)于每項(xiàng)分子量測(cè)定，三次進(jìn)樣的%RSD小于1，在使用三種不同溶劑系統(tǒng)時(shí)均觀察到分子量測(cè)定值的變化%小于3%。

　　表1. 比較一份窄分布聚苯乙烯樣品在同一根ACQUITY APC XT 450 Å 2.5 μm、4.6 x 150 mm色譜柱上使用三種不同溶劑(THF、甲苯和DMF)所得出的Mw、Mn和聚合物分散指數(shù)(PD)測(cè)定值。

　　圖3顯示出關(guān)于分子量結(jié)果重現(xiàn)性的另一個(gè)實(shí)例，此例來(lái)自于在改變同一組色譜柱中的流動(dòng)相溶劑后檢測(cè)的一份聚合物樣品。在本例中，我們串聯(lián)使用了450 Å和125 Å ACQUITY APC XT兩根色譜柱。這兩根色譜柱先在THF中進(jìn)行平衡，然后檢測(cè)一份聚(甲基異丁烯酸酯-乙基丙烯酸酯)樣品，以獲得相對(duì)于使用THF得出的聚苯乙烯校準(zhǔn)結(jié)果的分子量信息(包括Mp、Mw、Mn和聚合物分散指數(shù)[ PD])。接下來(lái)，在ACQUITY APC系統(tǒng)仍使用同一組色譜柱的情況下，將溶劑改為甲苯并進(jìn)行灌注和平衡。使用甲苯再進(jìn)行一次聚苯乙烯校準(zhǔn)并檢測(cè)一份聚(9,9-二-n-辛芴基-2,7-二基)樣品。然后，在仍使用ACQUITY APC系統(tǒng)和同一組色譜柱的條件下，將溶劑改為含10 mMLiCl的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)以用來(lái)分析聚(雙酚A-表氯醇)。最后將溶劑系統(tǒng)恢復(fù)至THF并重新進(jìn)行一次聚苯乙烯校準(zhǔn)，然后再次分析聚(甲基異丁烯酸酯-乙基丙烯酸酯)。我們將溶劑轉(zhuǎn)換前后得出的分子量結(jié)果進(jìn)行了比較。我們?cè)诒容^溶劑轉(zhuǎn)換前后得出的聚(甲基異丁烯酸酯-乙基丙烯酸酯)結(jié)果時(shí)所觀察到的總體差異小于2%，這證明顆粒物在暴露于各種溶劑環(huán)境后仍表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。一般說(shuō)來(lái)，如果使用多套溶劑專用型色譜柱，那么此項(xiàng)應(yīng)用可能需要幾天才能完成。在APC系統(tǒng)中，溶劑轉(zhuǎn)換可使用同一組APC色譜柱在幾小時(shí)內(nèi)完成。

　　圖3. 在將溶劑從THF先后轉(zhuǎn)換甲苯和DMF再恢復(fù)至THF后，通過(guò)在APC系統(tǒng)中串聯(lián)使用相同的兩根APC 4.6 x 150 mm色譜柱(450 Å和125 Å)而得出的聚(甲基異丁烯酸酯-乙基丙烯酸酯)分析結(jié)果具有重現(xiàn)性。

　　結(jié)論

　　由于目前凝膠型固定相存在局限性，因此很少在聚合物分析過(guò)程中改變?nèi)軇?。然而，填充在APC色譜柱內(nèi)的雜化硅膠顆粒允許使用多種不同的流動(dòng)相溶劑，而不必?fù)?dān)心顆粒物出現(xiàn)膨脹和收縮。因此，即使暴露于不同溶劑環(huán)境后，仍能使用同一組色譜柱對(duì)聚合物進(jìn)行可重現(xiàn)且穩(wěn)定的分析。此外，APC系統(tǒng)的低擴(kuò)散、高背壓性能可確保色譜柱和儀器系統(tǒng)能在適當(dāng)溶劑內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)平衡。ACQUITY APC系統(tǒng)與ACQUITY APC色譜柱的組合，使聚合物科學(xué)家能用最適合具體應(yīng)用項(xiàng)目的溶劑對(duì)其聚合物進(jìn)行快速分析，而無(wú)需支付維護(hù)多套色譜柱所需的費(fèi)用。