Grüne Polymeranalytik

Ressourcenschonende Analyse von Polymeren mittels Semi-mikro-GPC

von Regina Römling

Grüne Chromatografie ist ein Modewort und spätestens seit dem Acetonitril-Engpass in 2009 ist die Verringerung des Lösemittelverbrauchs in der Flüssigchromatografie ein großes Thema. Während die Verwendung von kleineren Säulendurchmessern bei der HPLC und LC/MS-Analyse von kleinen Molekülen inzwischen eher die Norm als die Ausnahme ist, lässt dieser Trend bei der Polymeranalytik noch auf sich warten.

In der Reversed-Phase-HPLC – der meist­genutzten Trenntechnik für kleine Moleküle – sind kleine Säulendurchmesser und entsprechend reduzierte Flussraten seit der Einführung der UHPLC-Technologie Standard. Im Gegensatz dazu ist der Lösemittelverbrauch bei der Analyse von synthetischen Polymeren mittels Gelpermeations­- chromatografie (GPC/SEC) unverändert hoch. Obwohl in der GPC auch teure Eluenten wie Hexafluorisopropanol (HFIP) verwendet werden, wird nur selten konsequent versucht, deren Verbrauch zu reduzieren. Dabei kann dies durch den Einsatz von GPC-Säulen mit kleineren Durchmessern und entsprechend volumenoptimierten Anlagen einfach erreicht werden. Die GPC/SEC ist eine etablierte Methode zur Molmassenbestimmung von Polymeren, die üblicherweise mit einem Satz von mehreren 30cm langen GPC-Säulen (7,8mm ID) durchgeführt wird. Um den Lösemittelverbrauch und als positiven Nebeneffekt auch das Probeaufgabevolumen zu verringern, bietet sich die Verwendung von Semi-­mikro-GPC-Säulen mit 4,6mm Innendurchmesser an. Bei der Verwendung kleinerer Partikel kann zusätzlich zum Innendurchmesser auch die Länge der Säule verkürzt werden. Abbildung 1 zeigt wie durch Semi-mikro-GPC eine gleiche oder bessere Auflösung bei kürzerer Analysenzeit erreicht werden kann. Obwohl seit über zehn ­Jahren entsprechende Säulen zum Beispiel aus der TSKgel-SuperHZ-Serie erhältlich sind, werden in Europa – im Gegensatz zu Asien – nach wie vor meist die konventionellen, größeren Säulendurchmesser eingesetzt. Ein Grund dafür ist, dass die ­vorhandenen Systeme hinsichtlich der Detektoren und Flusswege (kurze Distanzen, minimierte Totvolumina) nicht für Anwendungen mit Semi-mikro-GPC-Säulen geeignet sind, und daher nicht die gewünschte Trenneffizienz, Auflösung und Empfindlichkeit erreichen. Das EcoSEC-Kompaktsystem bietet jedoch einen günstigen Einstieg in die Semi-mikro-GPC. Es kann nicht nur für konventionelle GPC-Analysen eingesetzt werden, sondern wurde auch für die Semi-mikro-GPC optimiert. Es bietet neben geringem Totvolumen auch thermostatisierte Pumpen für höchste Flusskonstanz und einen hochempfindlichen Zweikanal-RI-Detektor mit extrem stabiler Basis­linie. Außerdem sind ein auto­matischer Probengeber und ein großer Säulen­ofen für bis zu 8 Säulen integriert. Die außergewöhnlich hohe Reproduzier­barkeit des EcoSEC-Systems ist in Abbildung 2 am Beispiel der Mol­massen­­bestimmung einer Probe demons­triert, die zehn Mal am Tag an fünf ­Tagen injiziert wurde. Die ­Reproduzierbarkeit des EcoSEC-Systems ist um einen Faktor 3 besser als die des konventionellen GPC-­Systems. Abbildung 3 zeigt die Stabilität des RI-Detektors an fünf aufeinanderfolgenden Injek­tionen eines Polystyrolstandards auf Semi-mikro-Säulen (Flussrate 0,35l/min). Die Gesamtlaufzeit beträgt hier fünf Stunden ohne Auto-zero des Detektors zwischen den Injektionen. Der Zweikanal-RI-Detektor des EcoSEC zeigt eine extrem stabile Basislinie während für die konventionellen RI-Detektoren eine leichte (Detektor B) bis erhebliche (Detektor A) Basisliniendrift zu verzeichnen ist. Konventionellen Methoden können sehr einfach auf den Semi-mikro-­Maßstab übertragen werden, da die bewährten GPC-Säulenmaterialien auch in Semi-mikro-Säulen erhältlich sind und nur die Flussrate und das Injektions­volumen angepasst werden muss. ­Methoden, die mit konventionellen TSKgel-HXL-Säulen (7,8mm ID x 30cm) erstellt wurden, können beispielsweise auf TSKgel-­SuperHZ-Säulen (4,6mmID x 15cm) umgestellt werden, da bei identischer die Matrix und Porengrößen nur die Partikel­größen und Säulendimen­sionen unterschiedlich sind. Da durch Semi-mikro-GPC neben der Einsparung von bis zu 60% der organischen Lösemittel auch bessere Ergebnisse erreicht werden können, sollte also nichts gegen eine grünere Polymeranalytik sprechen.

Foto: panthermedia.net | Buchachon Petthanya