Mia Summers、Jeremy Shia、Kenneth J. Fountain

　　沃特世公司(美國馬薩諸塞州米爾福德)

　　應(yīng)用優(yōu)勢

　　■ 不需花費時間來維護(hù)多種基于不同溶劑的色譜柱

　　■ 可對APC™ 系統(tǒng)及色譜柱進(jìn)行快速再平衡，以快速實現(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相內(nèi)膨脹到適當(dāng)大小。為了確保這些色譜柱實現(xiàn)相應(yīng)的性能，顆粒物常常填充在具體分析項目所用的流動相溶劑(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以適應(yīng)不同的溶劑。使用不同的流動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。如果流動相溶劑需要改變，那么聚合物研究人員必須購買一根采用適當(dāng)流動相的新色譜柱，或者使用一根現(xiàn)有色譜柱進(jìn)行長時間平衡并且不得不接受柱性能可能會下降的事實。此外，凝膠型固定相的機械性能在較高背壓下會變得不穩(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™)柱包含對溶劑改變有復(fù)原作用的高強度亞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相時保持不變。APC色譜柱的多用性使聚合物科學(xué)家能根據(jù)具體應(yīng)用項目選擇最適合的溶劑對其樣品進(jìn)行分析，而同時又能最大限度地減少實驗室內(nèi)的色譜柱數(shù)量。低擴散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間，而且也可通過加快系統(tǒng)總體平衡速度并使用同一組色譜柱完成多項應(yīng)用，從而節(jié)省大量資源。

　　實驗

　　ACQUITY APC系統(tǒng)條件

　　檢測器： ACQUITY® RI示差折光檢測器

　　RI流通池： 35 ℃

　　流動相： 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。顆粒在膨脹過程中會變得不穩(wěn)定并需要施加輕柔的填充和運行壓力，以確保色譜柱長期保持穩(wěn)定。改變流動相溶劑通常效果不佳，這是因為顆粒物在備選溶劑內(nèi)的膨脹程度有所不同并且由此會影響到色譜柱的填充效率和長期重現(xiàn)性。如果需要對流動相溶劑進(jìn)行改變，那么就不得不進(jìn)行長時間的轉(zhuǎn)換和平衡步驟。新溶劑通常先以極低的流速運行，然后緩慢增加至工作流速并長時間流動以確保顆粒物在新流動相內(nèi)徹底達(dá)到平衡。與其進(jìn)行這個耗時的步驟，不如向相關(guān)制造商訂購并要求其提供流動相溶劑符合預(yù)期用途的新色譜柱。然而，不得不購買幾根色譜柱以使其分別用于不同溶劑的事實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;這意味著在對具有不同溶劑需求的聚合物進(jìn)行分析時，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相溶劑間實現(xiàn)輕松轉(zhuǎn)換并由此確保了分析結(jié)果的長期重現(xiàn)性。此外，高強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)提供的更短的運行時間、更好的峰形和分辨率。

　　如圖1所示，為了說明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相(THF、甲苯和DMF)時的洗脫曲線。

　　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。

　　對于每種溶劑系統(tǒng)，均使用已在相應(yīng)溶劑中進(jìn)行過配制的沃特世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)曲線對該窄分布聚苯乙烯樣品進(jìn)行了檢測，然后分別對每種溶劑系統(tǒng)計算出分子量(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)行的各項測定均表現(xiàn)出良好的精確度和準(zhǔn)確度。對于每項分子量測定，三次進(jìn)樣的%RSD小于1，在使用三種不同溶劑系統(tǒng)時均觀察到分子量測定值的變化%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)測定值。

　　圖3顯示出關(guān)于分子量結(jié)果重現(xiàn)性的另一個實例，此例來自于在改變同一組色譜柱中的流動相溶劑后檢測的一份聚合物樣品。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，然后檢測一份聚(甲基異丁烯酸酯-乙基丙烯酸酯)樣品，以獲得相對于使用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，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。我們在比較溶劑轉(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。一般說來，如果使用多套溶劑專用型色譜柱，那么此項應(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程中改變?nèi)軇Ｈ欢畛湓贏PC色譜柱內(nèi)的雜化硅膠顆粒允許使用多種不同的流動相溶劑，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)用項目的溶劑對其聚合物進(jìn)行快速分析，而無需支付維護(hù)多套色譜柱所需的費用。