GPC/SEC czy FFF – porównanie technik pomiarowych

Nieodłącznym elementem charakteryzacji układów makrocząsteczkowych jest wyznaczenie rozkładu masy cząsteczkowej. Najpopularniejszą techniką wykorzystywaną w tym celu jest chromatografia żelowa GPC (Gel Permeation Chromatography)/SEC (Size-Exclusion Chromatography). GPC/SEC w odróżnieniu od chromatografii cieczowej wykorzystuje do pomiaru kolumny wypełnione porowatym żelem. Małe makrocząsteczki wnikają w pory żelu co wydłuża ich czas przepływu przez kolumnę (dłuższy czas retencji), duże zaś płyną głównymi kanałami (krótszy czas retencji). Separacja nie jest oparta o różnice w masie cząsteczkowej, lecz o różnice w wielkości makrocząsteczek. Chromatografia żelowa stosowana jest wyłącznie do badań układów całkowicie rozpuszczonych. Przed nastrzyknięciem próbki na kolumnę konieczne jest odfiltrowanie wszystkich cząstek stałych.

Nowoczesną alternatywą dla GPC/SEC jest technika FFF (Field Flow-Fractionation), która występuje w kilku wariantach. W każdym z nich separacja następuje w kanale pozbawionym wypełnienia, w którym przepływ rozpuszczalnika jest laminarny (paraboliczny rozkład szybkości). Na skutek działania prostopadłej siły cząstki kumulują się przy jednej ze ścianek kanału, a następnie na zasadzie dyfuzji przemieszczają się w kierunku środka kanału. Małe cząstki dyfundują szybciej od dużych, więc docierają do warstwy o największej szybkości przepływu jako pierwsze. Separacja podobnie jak w przypadku GPC/SEC oparta jest o wielkość cząstek (chociaż w niektórych wariantach dochodzą także inne własności), lecz do detektora szybciej docierają cząstki mniejsze.

Warianty FFF

Istnieje kilka wariantów techniki FFF. Na dzień dzisiejszy komercyjnie dostępne są:

Technika Czynnik separujący Rodzaj separacji
Assymetric Flow FFF (AF4) Przepływ krzyżowy Wyłącznie na podstawie różnicy wielkości cząstek
Centrifugal FFF (CF3) Siła odśrodkowa Rozdział populacji nanocząstek o tej samej wielkości, lecz różnej gęstości
Thermal FFF (TF3) Różnica temperatur Rozdział polimerów o tej samej wielkości cząstek, lecz różnej budowie chemicznej
Electric FFF (EAF4) Przepływ krzyżowy, pole elektryczne Na podstawie wielkości cząstek oraz ładunku elektrycznego
Gravitational FFF (SPLITT FFF) Siła ciężkości Rozdział strumienia mikrocząstek na dwie części: cząstki większe oraz mniejsze od założonej wielkości

 

Detektory

W przypadku technik GPC/SEC oraz FFF stosowane są podobne detektory, jednak każdy z nich dostarcza inną informację o próbce. Podstawowym detektorem jest detektor stężeniowy. W przypadku układów polimerowych najczęściej wykorzystywany jest detektor RI, a w przypadku nanocząstek – UV lub RI/UV. Detektorem zyskującym coraz większą popularność jest detektor rozpraszania światła, który pozwala wyznaczyć bezwzględną masę cząsteczkową bez konieczności kalibracji. Dodanie detektora wiskozymetrycznego pozwala uzyskać informacje na temat struktury przestrzennej badanego polimeru czy też jego wielkości. Możliwe jest także połączenie systemu GPC/SEC lub FFF z analizatorem DLS umożliwiającym pomiar wielkości cząstek.

W których aplikacjach lepiej sprawdza się FFF a w których GPC/SEC?

Technika FFF doskonale sprawdza się w przypadku układów niecałkowicie rozpuszczalnych. Za przykład mogą posłużyć próbki zawierające silnie usieciowane cząstki polimerowe wśród rozpuszczonych makrocząsteczek. W przypadku techniki GPC/SEC informacja o zawartości nierozpuszczalnych cząstek jest tracona, gdyż muszą być one odfiltrowane przez nastrzykiem na kolumnę. Frakcjonowanie w polu sił może okazać się lepszym wyborem także w analizie układów polimerowych o dużych masach cząsteczkowych. Warto również zaznaczyć, że technika FFF stosowana jest również do charakteryzacji nanocząstek innych niż polimerowe.

Zalety frakcjonowania w polu sił okupione są znacznie większym skomplikowaniem układu pomiarowego. Wpływa to na wyższy koszt zakupu samego sprzętu, a wypracowanie metody pomiarowej jest nieco trudniejsze. W przypadku polimerów całkowicie rozpuszczalnych, szczególnie o niższych masach cząsteczkowych, technika GPC/SEC prawdopodobnie będzie lepszym wyborem.

W naszej ofercie posiadamy zarówno znakomite systemy GPC/SEC od firmy Malvern Panalytical, jak i systemy FFF firmy Postnova. W zależności od aplikacji nasi specjaliści pomogą w dobraniu techniki i konfiguracji dopasowanej do potrzeb.