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어떤 컬럼을 사용해야 하며 그 이유는 무엇입니까?

관심 폴리머의 정확한 분자량 분포를 얻기 위해서는 컬럼 선택이 매우 중요합니다.

처음에 고려해야 할 사항: 용해도

수용성:

• 울트라하이드로겔 컬럼 라인

유기 용해성:

• 고분리능 작업을 위한 Styragel HR
• 고온 작업을 위한 Styragel HT
• 초고분자량 폴리머를 위한 Styragel HMW

컬럼에 충전된 용매는 무엇이며 그 이유는 무엇입니까?

HR, HT 및 HMW 컬럼은 다음 중 하나로 충전됩니다.

• THF
• 톨루엔
• DMF

HFIP(hexafluoroisopropanol)를 사용하여 실온에서 분석하기 위해 특별히 메탄올에 채워진 특수 컬럼을 사용할 수 있습니다. 해당 작업에서 이 4가지가 아닌 다른 용매를 사용하는 경우 몇 가지 경험 법칙을 고려해 볼 수 있습니다. chloroform 또는 methylene chloride와 같은 용매에서 "실온" 작업을 수행하는 경우 THF로부터 전환하십시오. 예를 들어 TCB, ODCB에서 고온 작업을 수행하려는 경우 약 85–90°C에서 톨루엔으로부터 전환합니다. DMAC(Dimethylacetamide) 또는 NMP(n-methylpyrollidone)와 같이 극성이 매우 높은 용매를 사용하려는 경우 DMF로부터 전환하십시오.

현재 용매 A에 컬럼이 있고 용매 B로 변경하고 싶습니까?

일반적으로 두 용매가 혼화 가능한 경우 0.1~0.2mL/분의 속도로 한 용매에서 다른 용매로​직접 전환할 수 있습니다(컬럼 관리 및 사용 설명서 참조). 용매가 서로 혼화되지 않은 경우 중간 용매(두 용매와 혼화 가능)를 사용해야 합니다.

컬럼을 어떤 순서로 배치해야 하며 그 이유는 무엇입니까?

일반적으로 컬럼이 배치되는 순서는 중요하지 않습니다. 순서는 용리되는 폴리머의 분자량 분포 계산에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 100Å 또는 50Å 컬럼에서 styrene/divinylbenzene 겔이 더 부드럽고 내구성이 떨어지는 경향이 있으므로 항상 이러한 컬럼을 세트 끝에 배치하는 것이 좋습니다.

GPC 컬럼에서 어떤 유량을 사용해야 합니까?

7.8mm 내경의 분석 컬럼의 경우 1.0mL/분을 초과하지 않는 것이 좋습니다. 이러한 컬럼은 약 0.70~0.80mL/분에서 "최적" 분리능을 얻습니다. 4.6mm 내경의 좁은 구경 컬럼에 대한 최적의 유량은 0.3~0.35mL/분입니다. 자세한 내용은 관리 및 사용 설명서를 참조하십시오.

컬럼 작동을 시작할 때 유량과 온도를 점차적으로 높여야 합니까?

분석용 GPC 컬럼, 특히 HR 시리즈의 경우 유량을 높이는 것이 필수적입니다. 유량의 급격한 증가(및 후속 압력)는 확실히 컬럼 손상의 이유가 될 수 있습니다. 온도 램핑은 그다지 중요하지 않습니다. 일반적으로 유량은 60초 간격의 0.0~1.0mL/분으로, 온도는 몇 시간에 걸쳐 실온에서 150°C(예시와 같이)로 증가합니다.

컬럼의 공극 크기 범위는 어떻게 선택합니까?

공극 크기의 범위는 관심 샘플의 대략적인 분자량 범위를 측정하여 선택합니다. 예를 들어, 분자량 범위가 낮다는 것을 알고 있는 경우(예: 에폭시 레진) 10³, 500, 100, 경우에 따라 50Å의 컬럼 세트가 사용됩니다. 중간 분자량 PVC가 관심 샘플인 경우 10³, 10⁴ 및 10⁵Å의 컬럼 세트가 사용됩니다. 폴리머의 분자량 범위를 타겟으로 하는 개별 공극 크기를 선택하면 최고의 분리능이 얻어집니다. 분자량 범위가 알려져 있지 않거나 매우 넓은 경우 혼합된 공극 크기를 제공하는 혼합 베드(즉, "선형" 또는 "확장된 범위") 컬럼을 사용하는 것이 좋습니다.

분리능이란 무엇이고 얼마나 필요합니까?

GPC 분석에서 분리능은 용리 부피가 증가하는 순서로 분리된 분자량 범위를 의미하며 이것을 가능한 한 최대화하는 데 목표를 두게 됩니다. 이를 최대화하는 가장 쉬운 방법은 더 많은 컬럼을 추가하는 것입니다(이 때문에 분석 시간이 늘어날 수 있음). 또 다른 방법은 더 작은 입자 크기(약 5μm)를 사용하여 효율성을 높이는 것입니다. 여기서 절충이 필요한 부분은 컬럼 내구성과 수명입니다. 올리고머, 첨가제, 멀티 모드 분포가 존재하는 분리에서는 분리능이 중요할 수 있습니다. 샘플이 분포가 넓은 고밀도 polyethylene인 경우 분리능이 그다지 중요하지 않을 수 있습니다.

Waters는 5μm 입자가 사용되는 고분리능 범위를 제공하는 HR 시리즈, 약 10μm 입자가 사용되는 HT 시리즈(고온 작업 및 다중 용매 전환에 적합) 및 20μm 입자가 사용되는 HMW 시리즈의 컬럼을 제조합니다. 이들은 전단이 문제가 되고 분리능이 그다지 중요하지 않은 고분자량이 매우 높은 샘플에 적합합니다.

내로우(Narrow) 표준물질이란 무엇입니까? 브로드(Broad) 표준물질이란 무엇입니까?

• 내로우(Narrow) 표준물질은 다분산도가 약 1.10 미만인 표준물질입니다. 다분산도는 수 평균 분자량(Mn)에 대한 중량 평균 분자량(Mw)의 비율로 정의됩니다.
• 브로드(Broad) 표준물질은 다분산도가 1.10보다 크며, 일반적으로 분석할 샘플과 동일한 폴리머입니다.

내로우(Narrow) 표준물질을 사용하는 경우 한 번에 둘 이상의 표준물질을 주입할 수 있습니까?

RI 검출 기능이 있는 기존 GPC에서는 용리된 표준물질 간에 충분한 분리능이 있는 한 표준 혼합물을 주입하는 것이 확실히 허용됩니다. 최대 세 개가 권장됩니다. 표준물질에 대한 곡선하 면적을 정확하게 알아야 하는 점도계와 같은 고급 검출 기능을 사용하면 한 번에 하나의 표준물질을 주입해야 합니다.

폴리머에 어떤 표준물질을 사용해야 합니까?

대부분의 사람들에게는 내로우(Narrow) 표준물질의 "상대적" 검량을 사용해도 문제가 없습니다. 이 경우, polystyrene 표준물질이 유기 GPC에 대한 일반적인 선택이지만 PMMA, polyisoprenes, polybutadienes 및 polyTHF 내로우(Narrow) 표준물질이 사용될 수도 있습니다. 수용성 GPC의 경우, 내로우(Narrow) polyethylene oxides, polyethylene glycols 및 pullulan(다당류)을 사용할 수 있습니다. 사용자가 "진정한" 분자량을 필요로 하는 경우(충분히 양호하지 않은 검량 물질에 상대적인), 샘플과 동일한 화학적 성질을 갖는 브로드(Broad) 표준물질(또는 참조물질)을 사용할 수 있습니다.

브로드(Broad) 표준물질은 얼마나 신뢰할 수 있습니까?

대부분의 경우, 상용으로 제공되는 브로드(Broad) 표준물질은 합리적인 Mw, Mn, Mz 등을 제공하는 기술을 통해 잘 특성화되어 있습니다. 이러한 표준물질을 구매할 때는 일정 수준 보고된 값이 정확하고 우수한 정밀도로 얻어졌다는 신뢰를 가질 수 있습니다. 결국, 검량선은 이러한 값을 기반으로 그려집니다. 또한 이러한 보조 기술에 의한 분석을 위해 실험실에서 실행하는 샘플을 전형적으로 대표하는 샘플을 보낼 수도 있습니다. 많은 계약 실험실 및 대학에서 이러한 분석을 수행하고 브로드 표준물질로 사용하려는 샘플에 대한 Mn, Mw, Mz 등을 제공합니다.

폴리머 핸드북의 k 및 알파 값을 사용할 수 있습니까?

대수 분자량 대신 대수 유체역학적 부피를 기반으로 한 검량을 수립하는 범용 검량의 개념을 통해 미지 물질에 대한 "절대" 분자량을 얻을 수 있습니다. log[고유 점도] vs. log[분자량]의 플롯으로부터 "Mark-Houwink" 또는 "점도 법칙" 플롯이라고 하는 결과가 얻어집니다. 이 곡선의 기울기는 알파이고 절편은 k(Mark-Houwink 상수)를 결정합니다. 인라인 점도계 검출기가 없는 경우 Mark-Houwink 상수를 사용할 수 있는데, 단 범용 검량을 개발하려는 내로우(Narrow) 표준물질뿐만 아니라 미지 물질에 대해서도 이러한 상수가 잘 알려져 있어야 합니다. 폴리머 핸드북의 값은 올바른 관심 폴리머, 올바른 분자량 범위, 사용 중인 용매 및 작동 온도에 맞는 것이어야 합니다.

이동상은 어떻게 준비합니까?

대부분의 경우 이동상을 준비하는 데 필요한 유일한 단계는 필터링입니다. 용매는 0.45μm(마이크론) 탄화불소 필터(수용성 GPC의 경우 아세테이트 유형)를 통해 필터링해야 합니다.

어떤 첨가제가 중요하며 언제 사용해야 합니까?

어떤 경우에는 이동상 첨가제가 필요합니다. 예를 들어, DMF, DMAC 및 NMP와 같은 극성 용매에 0.05M Lithium Bromide를 첨가합니다. 이러한 극성 용매는 polyurethane나 polyimide 같은 극성 폴리머를 분석하는데 사용되며, 쌍극자 상호작용이 일어나 분포의 고분자량 말단에 인위적인 숄더가 나타나게 됩니다. 이 상호작용은 염을 추가하면 제거됩니다. Polyolefin의 고온 분석에서 산화방지제 4리터당 약 1g(대부분의 힌더드 페놀이 해당됨)을 이동상(예: TCB)에 추가해야 합니다. 이것은 주입 전에 고온에서 샘플 캐러셀에 놓이기 때문에 샘플의 산화를 줄이는 데 도움이 됩니다.

샘플을 어떻게 준비합니까? (즉, 온도, 시간 및 혼합)

GPC 분석을 시도하기 전에 확인해야 할 주요 질문은 "내 샘플은 무엇에 용해되는가?"입니다. Waters는 GPC 회사로 시작해 GPC에서 실행되는 거의 모든 폴리머에 맞는 용매와 온도를 다양하게 개발했습니다. 샘플을 용해시키는 데 걸리는 시간(실온 또는 고온에 상관 없이)은 일반적으로 분자량과 결정도의 2가지 요인에 따라 달라집니다. 분자량이 크고 결정도가 높을수록 용해되는 데 시간이 오래 걸립니다. 일반적으로 2~3시간 동안 약간 저어주면 샘플이 용해됩니다. 경우에 따라서는(예: 초고분자량 polyethylene) 몇 시간이 필요합니다. 고속 혼합, 초음파 용해 및 마이크로웨이브 용해는 폴리머의 분해 없이 수행되지 않는 한 피해야 합니다.

어떤 농도와 주입량을 사용해야 합니까?

일반적으로 피크 분자량이 100,000인 폴리머는 용매에서 약 0.10–0.12%(중량/부피) 농도로 준비해야 합니다. 이것은 용매 ml당 샘플(또는 표준물질) 약 1~1.2mg에 해당합니다. 분자량이 증가함에 따라 농도도 그에 따라 감소해야 합니다. 높은 분자량의 폴리머(예: 약 3,000,000 중량 평균)는 <0.02%(w/v) 농도에서 분석해야 합니다. 반면에 분자량이 1,000 미만인 에폭시 레진은 0.20%의 농도로 실행할 수 있습니다.

이러한 농도에서 7.8 x 30mm 컬럼당 최대 주입 부피는 100μL를 넘지 않아야 합니다.

점도계 및/또는 광산란 검출기를 온라인으로 사용하면 어떤 이점이 있습니까?

폴리머 특성화 화학자들이 특정 샘플에 대한 더 많은 정보를 얻고자 함에 따라 "고급 검출" 기술에 대한 의존성이 커지고 있습니다. 굴절률 검출기와 온라인으로 점도계를 사용하면 RI만 사용할 때에 비해 3가지 주요 이점을 얻을 수 있습니다.

• 범용 검량을 통한 "절대" 분자량
• 분포 전반에 걸친 폴리머의 고유 점도
• 긴 사슬 가지치기와 관련된 가지치기 정보

광산란 검출기로 다음 정보를 얻을 수 있습니다.

점도계의 경우와 같이 폴리머 가지치기 정보의 검량선 회전 반경을 설정하지 않고 "절대" 중량 평균 분자량(Mw)을 측정 가능합니다.