使用超高效聚合物色譜（APC）系統對低分子量聚合物進行快速高分辨率分析

Mia Summers和Michael O’Leary

沃特世公司（美國馬薩諸塞州米爾福德）

應用優勢

■ 既能對聚合物進行快速表征又不會降低性能水平
■ 與常規GPC分析相比，可提高對低分子量低聚物的分辨率
■ 與常規GPC分析相比，可提高校準水平并由此對低分子量低聚物進行更準確的測定
■ 可對聚合物進行快速監測，從而能提早發現產品開發過程中出現的變化

沃特世提供的解決方案

ACQUITY^® 超高效聚合物色譜（APC™）系統
ACQUITY APC XT色譜柱
沃特世聚合物標準品
帶有GPC選項的Empower^® 3色譜數據軟件

關鍵詞

聚合物、SEC、GPC、APC、聚合物表征、低分子量聚合物、低聚物、環氧樹脂

引言

凝膠滲透色譜（GPC）是一種廣泛認可并行之有效的聚合物表征方法。然而，盡管使用此技術可獲得大量信息，但這類分析本身仍存在缺陷。色譜柱通常填充苯乙烯-二乙烯基苯，同時需要進行適當老化并應在低背壓下運行以確保其長期穩定。填充顆粒通常較大（≥5 μm），分辨率一般會因此而受影響。填充較小顆粒（<5 μm）的色譜柱已投放市場，并能提高GPC分離速度，但分離速度會因色譜柱本身的最大工作壓力偏低而受限。此外，常規GPC儀器的系統體積較大，這需要使用較大直徑的色譜柱以減緩可能導致分辨率降低的系統峰展寬。沃特世ACQUITY超高效聚合物色譜（APC）系統與亞3 μm雜化顆粒色譜柱相結合，可增強系統穩定性并能在更高壓力下確保流速準確性。此外，APC系統的總體擴散度低，能顯著提升分辨率，在分析低分子量低聚物時尤為明顯。提高分離低分子量低聚物的分辨率并縮短運行時間能對聚合物工藝開發進行快速監測，提早檢測出新的聚合物類型并從總體上加快聚合物新產品的上市進程。

這篇應用紀要將基于ACQUITY APC系統的分離與基于常規GPC的分離進行了比較。本文將會說明使用一種采用亞3 μm雜化顆粒技術色譜柱的低擴散系統能加快分析速度，提高分辨率并有助于對低分子量低聚物進行校正。綜合使用這些技術能夠更穩定、更精確地測定低分子量聚合物樣品的分子量參數。提早識別某種聚合物所出現的甚至比較細微的改變都能明顯加快化學和生物材料應用中聚合物的開發速度。

實驗

Alliance^® GPC系統條件
檢測器： 2414RI (示差折光檢測器)
RI流通池： 35 ℃
流動相： THF
流速： 1mL/min
色譜柱： Styragel 4e，2和0.5，7.8 x 300 mm（3根串聯）
柱溫： 35 ℃
樣品稀釋劑： THF
進樣量： 20 μL

ACQUITY APC系統條件
檢測器： ACQUITY RI（示差折光檢測器）
RI流通池： 35 ℃
流動相： THF
流速： 1 mL/min
色譜柱： ACQUITY APC XT 200 Å柱和兩根45 Å柱，4.6 x 150 mm（3根柱串聯）
柱溫： 35 ℃
樣品稀釋劑： THF
進樣量： 20 μL

數據管理

Empower 3色譜數據軟件

樣品

1 mg/mL的沃特世聚苯乙烯標準品（100K、10K和1K）環氧樹脂（2 mg/mL）

結果與討論

為了使用SEC對聚合物進行適當表征，重要的是要使用適當的標準品生成一條校準曲線以確定當前所用色譜柱的分離范圍。使用常規GPC分析標準品和樣品相當耗時，運行時間可長達1小時（或更長）。由于樣品所產生的數據將與經校準的標準品進行比較以確定分子量，因此標準品分析結果的準確度對獲得關于聚合物樣品的準確結果而言具有至關重要的作用。除了GPC本身的運行時間較長之外，常規GPC系統的額外柱體積較大也會導致峰展寬，從而降低分辨率并由此降低校準數據點的準確度。與常規GPC系統相比，ACQUITY APC系統的擴散度更低，因此產生的峰展寬就更少，并且窄分布標準品的色譜峰也明顯更清晰，如圖1所示。此外，低擴散性APC系統與支持更高流速和背壓的穩定的亞3 μm APC色譜柱柱技術相結合也能提高對1K聚苯乙烯標準品的分辨率，并使分析時間縮短至原來的1/5。

圖1. 比較在常規GPC系統和ACQUITY APC系統中分析聚苯乙烯標準品（Mp：100K、10K和1K）的運行時間和分辨率

使用APC系統所提高的分辨率為確定1K聚苯乙烯標準品分子量增添了更多可識別的色譜峰。如圖2所示，通過使用標準品供應商提供的數值或根據外部方法得出的標準品測定值而確定的分子量信息，更多的數據點由此可被添加到校準曲線上，從而為根據這條曲線所計算出的樣品結果增加了可信度。

圖2. 使用ACQUITY APC系統時，因對1K低分子量標準品的分辨率提高而在校準曲線上得出關于聚苯乙烯標準品（100K、10K和1K）的更多數據點

一般說來，需要運行一系列標準品以得出用來生成校準曲線的數據點。使用常規GPC時，平衡、配制并分析每種標準品可能需要數小時至數天的時間。因此，通常不進行校準并根據原有校準曲線確定分析結果。ACQUITY APC系統因其系統滯留體積低而使平衡速度明顯加快，并且因在更高流速下使用更小的顆粒而使運行時間明顯縮短。運行時間的縮短使得平衡和校準操作可在一小時內輕松完成。最后，得益于分辨率的提高，可能只需要配制并進樣檢測更少的標準品，就能獲得一條可用來進行校準的穩定曲線。分析樣品時，校準操作的穩定性提高使得對低分子量低聚物的分子量測定具有更高的可信度。

圖3顯示出一份環氧樹脂樣品相對于用聚苯乙烯標準品校準的分析結果。該結果表明使用三根ACQUITY APC XT 4.6 x 150 mm串聯柱可在不到5分鐘的運行時間內分辨出不同低聚物。

圖3. 使用配有ACQUITY RI檢測器的三根ACQUITY APC XT 4.6 x 150 mm串聯柱對溶于四氫呋喃的一份環氧樹脂樣品進行分析。低分子量低聚物（顯示為峰尖分子量）可在不到5分鐘的時間內被分辨開來。

APC可縮短運行時間的特點有助于在工藝開發過程中進行反應監測。分辨率提高能夠促進對合成應用或降解研究中可能出現的聚合物改變進行更快速的鑒別。通過監測各種分子量而提早發現工藝改變有助于更好地了解聚合物及其預期屬性，從而可促進新型聚合物的開發并加快產品上市進程。

結論

由于超高效聚合物色譜系統的擴散度更低并能承受更高的背壓以允許使用更小的雜化顆粒，因此該系統明顯優于常規GPC系統。通過與最新的色譜柱技術相結合，APC系統與常規GPC相比也提高了對低分子量低聚物的分辨率。APC在性能方面的優點包括校準結果更可靠，這對生成用于聚合物表征的準確測定值而言是必不可少的。低分子量聚合物檢測速度和分辨率的同時提高可在開發過程中實現對聚合物的快速且可靠的表征，從而促進對新型聚合物進行密切的上市跟蹤。