합성 고분자의 절대 분자량 측정 방법

合成聚合物的绝对分子量测量方法使用VISCOTEK SEC-MALS 20

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介绍 

聚合物的物理性质和行为在很大程度上取决于聚合物分子的性质。分子量和分子量分布、分子尺寸和结构都会影响材料的表现方式。 

凝胶渗透色谱法（GPC），也称为体积排阻色谱法（SEC），是用于评估这些参数的最常用工具。 

GPC的原理是将样品在通过多孔但惰性的柱床基质时分离。较小的分子更深入地渗透到孔中，而较大的分子被排除，因此更快地通过柱子。结果是基于流体体积的分离，但希望知道样品的分子量。 

Malvern SEC-MALS 20 系统是一个20角度光散射检测器，能够测量分子量和回转半径（Rg）。它是多检测器GPC系统的一部分，该系统将光散射与折光指数（RI）、紫外线（UV）和内在粘度（IV）等其他检测器结合，能够同时生成大量的样品信息。 

在这篇应用说明中，使用SEC-MALS测量两种常见聚合物的分子量、分子量分布和尺寸。将SEC-MALS的结果与传统校准进行比较，并讨论差异。 

材料与方法 

SEC-MALS 20系统连接到Viscotek GPCmax和Viscotek VE3580 RI检测器。 

使用两个 Visotek T6000M 柱子分离样品。流动相为稳定了300 ppm BHT的THF。 

样品在过夜后完全溶解。 

SEC-MALS系统通过可溯源的105 kDa聚苯乙烯标准进行了校准。 

传统校准设置是通过一系列已知分子重量的聚苯乙烯标准进行校准。 

检测器和柱子都保持在35°C，以确保分离良好并最大化基线稳定性。 

在此说明中分析的两个样品是具有 235 kDa 分子量的宽分布聚苯乙烯样品（2.35 x 105 mol/g）和宽分布聚甲基甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 样品。两者都溶解在流动相中，然后通过系统运转。 

结果 

235 kDa 聚苯乙烯样品的色谱图具有高多分散性，见图2A。内嵌表格显示了测得的分子量。 

Viscotek SEC-MALS 20 在 20 个角度测量光散射强度，完整角数据如图 2B 所示。 

分子量和 Rg 分布如图 2C 所示。Rg 已在峰的约四分之三处进行测量，对应于分子足够大以各向异性散射光并因此测量到 Rg 的区域，这被绘制为深红色线。 

如图 2D 所示，德拜图显示了散射光的角度依赖性。在约 18 ml 的保留体积下，分子的尺寸小到足以成为各向同性散射体，这意味着它们均匀地向所有方向散射光。 

该区域的德拜图示例见图2E。线的斜率几乎为零，无法测量Rg。 

因此，Rg 分布在约10 nm处结束，这是SEC-MALS的低Rg限，并从这一点向前推算。 

历史上，使用GPC的分子量测量是通过一系列已知分子量的标准创建的传统校准曲线进行的。 

对于这项工作，使用一系列聚苯乙烯标准创建了校准曲线。该曲线可以在图3中看到，与用于校准曲线的一部分的 4×105 克/摩尔标准 PS400k 的色谱图叠加在一起。 

聚甲基甲基丙烯酸甲酯（PMMA）样品在流动相中溶解并在系统上分离。 

图4显示了它的色谱图与相同聚苯乙烯传统校准曲线叠加。分子量结果如插入表中所示。 

这实际上是通过低角光散射 (LALS) 测量得知的分子量为9.5 x 104 g/mol的样品。 

然而，使用传统校准测得的分子量约为85 kDa，因此被大大低估了。 

这是因为PMMA的尺寸/分子量关系不同于校准中使用的聚苯乙烯标准，这就是说它有不同的结构。 

因此，分子量相似的分子会在不同的保留时间洗脱。 

这证实了如果使用聚苯乙烯来创建传统校准曲线而PMMA是样品，那么测得的分子量将是不正确的。 

这个关系实际上是由分子的内在粘度定义的，但这一参数在其他应用说明中讨论 (参见MRK 1925)。 

另一方面，通过光散射的分子量测量不依赖于样品的保留时间。 

因此，测量这个 PMMA 样品时，结果应该更准确。 

使用Viscotek SEC-MALS 20测量样品得到的结果如图5所示。 

图5A显示了PMMA样品的色谱图，包括RI和SEC-MALS 90°信号。 

表格的插图显示测得的分子量为94 kDa，接近LALS测得的正确值。 

因此，SEC-MALS测得的分子量比传统校准测定的精度要高得多。 

SEC-MALS测得的分子量图如图5C，叠加在RI色谱上。如上所述，使用MALS还允许测量大到足以各向异性散射光的分子的Rg。 

图5C示出了测得的Rg横跨大部分峰值。测得的平均Rg为10.2 nm。在峰值下降边缘，由于分子尺寸低于10 nm，该区域的样品是各向同性散射光，因此无法测量Rg。 

讨论 

在GPC系统中增加一个光散射检测器增加了对任何聚合物的分子量进行准确测定的能力，而不依赖于其洗脱量。 

Malvern系统可以独立地在不依赖于样品洗脱量的情况下准确测量任何聚合物的分子量。