Nieuwsbrief april

Separations Analytical Instruments B.V. Nieuwsbrief april 2022

Beste,

Vertakkingen, we kennen ze op verschillende manieren. In de plantkunde is het de wijze waarop de stengel of de wortelstok zijtakken vormt en nieuwe groeipunten vormt. Geografisch zijn vertakkingen meer bekend bij rivieren. Deze vertakkingen ontstaan doordat een rivier “botst” op een object. Door erosie ontstaan er nieuwe “kanalen”. Een heel bekend voorbeeld is natuurlijk een rivierdelta. Hierbij wordt het sediment afgelegd waardoor er een blokkade ontstaat en zo een vertakking wordt gecreëerd.

In de chemie kennen wij ook vertakkingen zoals de simpele alkylen.

Binnen de polymeerchemie wordt het al wat lastiger. Vertakkingen in polymeren hebben grote invloed in de eigenschappen van het polymeer.

Aan de hand van Size Exclusion Chromatography bepalen we het molecuulgewicht en kunnen we bepaalde eigenschappen van ene polymeer al voorspellen. Echter bij een vertakt polymeer hebben we aan een simpel molecuulgewicht niet meer voldoende.

Hier komt de zogenaamde triple detectie om de hoek kijken. Met behulp van deze techniek wordt de structuur van een polymeer stukken duidelijker.

In deze nieuwsbrief proberen wij uit te leggen wat hiervoor nodig is

Mocht u, naar aanleiding van onze nieuwsbrieven vragen hebben, neem gerust geheel vrijblijvend contact met ons op.

SEC³

Size Exclusion Chromatography (SEC), ook bekend als Gel Permeation Chromatography (GPC) of Gel Filtration Chromatography (GFC) , is een krachtige chromatografische techniek voor de studie van macromoleculen in oplossing. In zijn eenvoudigste vorm kan het relatieve molecuulgewichten (molaire massa's) geven van alle soorten macromoleculen zoals polymeren, polysacchariden en eiwitten.

De basis van de SEC-techniek is de scheiding van macromoleculen in oplossing volgens hun grootte (hydrodynamisch volume). De monsteroplossing wordt geïnjecteerd in een gespecialiseerd vloeistofchromatografiesysteem met SEC-chromatografiekolommen. De SEC-kolommen scheiden het monster zodanig dat de grootste moleculen als eerste en de kleinste als laatste elueren. Zodra de macromoleculen zijn gescheiden, kunnen verschillende detectietechnologieën worden gebruikt om elke groottefractie te karakteriseren en een rijke reeks gegevens over het molecuulgewicht en de structuur van het monster te verkrijgen.

In de meer geavanceerde instrumenten, met behulp van een multi-detectiebenadering, kunt u de monsters volledig karakteriseren om absoluut molecuulgewicht en structurele gegevens te krijgen, inclusief moleculaire grootte en conformatie / vertakkende informatie. Hiervoor wordt er naast RI of UV detectie additioneel gebruik gemaakt van “Light Scattering” en “Viscometrie”.

Light Scattering

Light scattering is uitgegroeid tot een van de belangrijkste technieken voor de karakterisering van macromoleculen en nanodeeltjes in oplossing. Afhankelijk van de analyten kunnen of moeten verschillende lichtverstrooiings-technieken worden gebruikt. In vergelijking met veel andere karakteriseringsmethoden vertonen de lichtverstrooiingstechnieken een hoge precisie, hebben ze een snelle responstijd en zijn ze niet-invasief. Zodra de lichtverstrooiingstechniek goed is ingesteld, kunnen absolute metingen van molaire massa en deeltjesgrootte worden uitgevoerd zonder het gebruik van standaarden. Naast laserdiffractie zijn de meest gebruikte lichtverstrooiings-technieken Static Light Scattering (SLS) en Dynamic Light Scattering (DLS):

-Static Light Scattering (SLS): Deze lichtverstrooiingstechniek wordt ook wel Classical Light Scattering of Rayleigh Scattering genoemd. Static Light Scattering wordt gebruikt voor de bepaling van molaire massa, gyratieradius en de tweede viriale coëfficiënt (A2). Bij Static Light Scattering wordt de absolute intensiteit van het verstrooide licht onder verschillende verstrooiingshoeken gedetecteerd en wordt op basis van deze informatie de molaire massa en straal berekend. Uit de relatie van molaire massa en straal, kan aanvullende informatie over de vorm en structuur worden verkregen. Met behulp van deze lichtverstrooiingstechniek kunnen absolute metingen van molaire massa en deeltjesgrootte worden uitgevoerd zonder het gebruik van standaarden.

-Dynamic Light Scattering (DLS): Deze lichtverstrooiingstechniek wordt ook wel Photon Correlation Spectroscopy (PCS) of Quasi Elastic Light Scattering (QELS) genoemd. De fluctuatie van het verstrooide licht onder een bepaalde hoek als het effect van de “Brownian Motion” van de moleculen en deeltjes wordt gedetecteerd in Dynamic Light Scattering. Met behulp van deze lichtverstrooiingsgegevens wordt een correlatiefunctie vastgesteld en daaruit kan de hydrodynamische straal worden berekend uit de dynamische lichtverstrooiingsgegevens.

Viscometrie

De traditionele methode om het molecuulgewicht van polymeren te bepalen is de meting van relatieve viscositeit; de verhouding van viscositeit van de polymeeroplossing en viscositeit van het oplosmiddel.

Deze relatieve viscositeit (ꞃ_rel) van een polymeer oplossing kan experimenteel worden bepaald door de meting van een polymeer oplossing (ꞃ) en dat van het oplosmiddel (ꞃ₀). Vanuit ꞃ_rel en de concentratie (C) kunnen andere viscositeit parameters worden berekend zoals de specifieke viscositeit, gereduceerde viscositeit en de intrinsieke viscositeit. De intrinsieke viscositeit is de relatieve toename van de viscositeit van de oplossing t.o.v. die van het oplosmiddel, bij oneindige verdunning.

Deze meting is onafhankelijk van het molecuulgewicht, dus twee verschillende structuren met hetzelfde molecuulgewicht kunnen verschillende intrinsieke viscositeiten hebben - bijvoorbeeld een lineair (onvertakte) polymeer en een vertakt polymeer met hetzelfde molecuulgewicht hebben verschillende intrinsieke viscositeiten. Hoe strakker de ketens vouwen of oprollen in oplossing, hoe hoger de dichtheid en hoe lager de intrinsieke viscositeit.

Multidetectie

Het moleculair gewicht en de intrinsieke viscositeit zijn gerelateerd aan het hydrodynamisch volume en aan de girale straal. Omdat dit niet afhankelijk is van het soort polymeer wordt hier van een universele kalibratie gesproken.

Als het polymeer van structuur verandert in zijn moleculaire gewichtsverdeling (bijvoorbeeld meer gesubstitueerd wordt) zullen de intrinsieke viscositeitsveranderingen gemakkelijk worden gedetecteerd. 

Vanuit het universele kalibratie bepaalde molecuulgewicht (uit de lightscatering detector) en de intrinsieke viscositeit (uit de viscositeitsdetector) kunnen de Mark-Houwink constantes worden bepaald. Hiermee is een Mark-Houwink plot te maken. Kleine verandering in bouw van een polymeer worden op deze wijze makkelijk zichtbaar en geven hiermee structuur informatie.

Deze techniek kan u veel opleveren als het gaat over begrip en inzicht van en in uw producten. Echter het is geen makkelijke techniek als het gaat om interpretatie van de verkregen informatie uit uw chromatografie systeem. Laat dit u echter niet afschrikken, met de juiste training van gespecialiseerde personen bent u snel onderweg