Cromatografia por Exclusão de Tamanho

1. Cromatografia por Exclusão de Tamanho SEC, GPC ou GFC Fábio Herbst Florenzano

2. Cromatografia • Técnica de separação • Fase móvel e estacionária • A retenção maior ou menor das substâncias pode ser causada por: • Partição entre as fases (solubilidade/interações) • Afinidade específica • Troca Iônica • Volume acessível

3. SEC, GPC e GFC • A fase estacionária é constituída por uma resina (gel) com poros e cavidades de diferentes tamanhos • A fase móvel é um bom solvente para o polímero • A separação das substâncias (polímeros) se dá pelo seu volume hidrodinâmico • As menores são capazes de acessar um volume maior (maior retenção) • As maiores não acessam todo o volume da fase estacionária (menor retenção) • Permite obter Mw, Mn, Mz (além da MM, sua distribuição)

6. Relação entre massa molar e volume de eluição • O raio hidrodinâmico apresenta relação com a massa molar (lembrar das equações da viscosidade) • Sendo assim é esperado algum tipo de relação entre o volume de eluição e a massa molar • Essa relação depende da coluna, do sistema solvente, da temperatura e da natureza do polímero

8. Separação: fatores entálpicos ou entrópicos • A relação entre massa molar e raio hidrodinâmico vale quando os fatores entálpicos (interações) são desprezíveis • De fato esses dois fatores estão sempre presentes e podem ser modulados • Para se diminuir o fator entálpico pode-se modificar o solvente ou a coluna.

9. Um sistema de GPC típico

10. Detecção • Mais usado: índice de refração diferencial (“universal”, sinal proporcional à concentração) • Viscosímetro capilar (permite a determinação da viscosidade intrínseca) • Espalhamento de Luz estático: • Permite a determinação da massa molar absoluta do polímero (sem o uso de padrões) • Para isso se precisa apenas do dn/dc do polímero • Mede também o raio de giração • Outros

12. Um cromatograma típico

13. Curva de GPC hipotética

14. Entendendo a exclusão de volume

15. Curvas de Eeluição para diferentes colunas

16. Determinação da Massa Molar por GPC • Calibração clássica: • Usa-se padrões de massa molar conhecida do mesmo polímero a ser analisado • Curva analítica: relação a massa e o volume de eluição • Quando usada para outros polímeros, mede uma massa molar relativa ao padrão • Calibração universal: • Pode ser feita com um só polímero mas é aplicável a todos, pois corrige a relação entre massa molar e raio hidrodinâmico usando a viscosidade intrínseca • Espalhamento de Luz estático

17. Calibração por Padrões

18. Calibração Universal

19. Correção (coeficientes de Mark-Houwink são conhecidos) • logM2=[1/(1+a2)]*log(K1/K2)+[(1+a1)/(1+a2)]*logM1 • Onde K1,K2 e a1 a2 são as constantes de Mark-Houwink para os polímeros 1 e 2. • Com essa correção, a princípio pode-se usar uma curva de calibração feita com um polímero para outros polímeros com constantes conhecidas

20. Distribuição da Massa molar • Por ser uma técnica de separação, a GPC permite que se acesse a distribuição de massas molares do produto polimérico • Isso é conseguido separando-se o pico em fatias e considerando que cada uma delas é uma fração da mistura com determinada massa molar

21. Ci e Mi

22. Índice de Polidispersão (PDI) • Portanto, usando GPC, é possível obter uma tabela de Ci x Mi e dessa forma calcular qualquer tipo de média de massa • Tendo em mãos Mw e Mn é possível se calcular Mw/Mi, o índice de polidispersão mais comum • Lembrando que para isso é necessário apenas um sinal proporcional à concentração

23. Fontes de consulta online • http://www.waters.com/waters/pt_BR/GPC-Basic-Chemistry/nav.htm?cid=10167593&locale=pt_BR • http://phx.phenomenex.com/lib/PEG19951_Gel%20Permeation%20guide.pdf • http://www.forumsci.co.il/hplc/SEC_2010.pdf • http://www.shimadzu.com/an/hplc/support/lib/lctalk/55/55intro.html • http://www.chem.agilent.com/Library/primers/Public/5990-6969EN%20GPC%20SEC%20Chrom%20Guide.pdf • http://www.ima.ufrj.br/~rmichel/04-aulas/IMA_aulas/metfis/07-GPC-2013.pdf