Grootte Uitsluitingschromatografie ("Size Exclusion Chromatography")
Hierdie bladsy gaan oor die meet van molekulêre gewigte van polimere. Voor jy hier lees, moet jy egter eers die bladsy oor molekulêre gewig self lees. As jy dit nog nie gelees het nie, kliek gerus hier. Kom dan gerus terug en lees verder. page.
Wel, nou dat die agtergrondkennis opgedoen is, is dit tyd om verder te gaan. Onthou dat wanneer daar gepraat word van polimere en molekulêre gewig, daar nie 'n enkele molekulêre gewig betrokke is nie, maar 'n hele verspreiding, soos in die figuur hier onder. Die beste wat ons kan doen is om te praat van 'n gemiddelde molekulêre gewig, en die verspreiding van molekulêre gewigte rondom hierdie gemiddelde. D.w.s. ons moet tel hoeveel polimeermolekules in 'n monster het werklik die gemiddelde molekulêre gewig, en hoeveel molekules het 'n laer gewig, en hoeveel hoër, en wat presies die verskille is. En dit is presies die inligting wat hierdie figuur verskaf. Dit dui die aantal gemiddelde molekulêre gewig Mn aan, aan die bopunt van die kurwe, en hoeveel molekules het regtig daardie gewig, en hoeveel polimeermolekules het verskillende molekulêre gewigte.
Dit is duidelik 'n baie handige grafiek, maar waar kry 'n mens so 'n grafiek in die hande? Ons kry dit d.m.v. grootte uitstluitingschromatografie, of SEC (die Engelse afkorting vir grootte uitsluitingschromatografie / size exclusion chromatography).
So presie hoe werk hierdie tegniek? Dit gebeur gewoonlik so: Eerstens los jy die polimeer op, gewoonlik in 'n oplosmiddel soos tetrahidrofuraan, of THF. Kliek op die molekuul as jy wil sien hoe lyk dit in 3d. Ons neem dan die oplossing van die polimeer, en spuit dit in 'n buis in. Hierdie buis noem ons 'n kolom, wat of reguit of in 'n spiraal gedraai kan wees. Hierdie buis is ook gevul met klein balletjies of kraletjies.
Maar hierdie is nie sommer enige soort balletjies nie. Hulle is gemaak van kruisgebinde polistireen. Dit word kruisgebind om te verhoed dat dit in die THF oplos. Die kraletjies is ook vol klein gatjies, of poriëe. Hierdie poriëe kom in 'n verskeidenheid van groottes, party yslik groot, en ander weer baie klein.
Dit is baie belangrik om te weet, aangesien SEC nie sou gewerk het as al die gate dieselfde grootte sou wees nie. Die gate moet van verskillende grootte wees. En die rede hiervoor is: as jy die polimeeroplossing in die kolom spuit, sal die polimeermolekule nie 'n reguit pad deur die kolom volg nie. Die kettings sal beland in die gate op die kraletjies, maar gelukkig darem nie vir altyd bly vassit nie. 'n Polimeermolekuul sal deur 'n gatjie beweeg, uit die kraletjie kom, 'n entjie in die kolom af beweeg, en dan in die volgende gat beland. Dit sal dan 'n rukkie in die porie bly, voor dit dan weer sal uit kom, en verder sal beweeg, ensovoorts. Uiteindelik sal dit aan die ander punt van die kolom uit kom.
Uiteindelik, ja. Maar uiteindelik sal nie op dieselfde tyd wees vir elke polimeermolekule nie. Waarop dit neerkom is dat sekere polimere baie langer as ander sal neem om deur die kolom te beweeg. Groot polimeermolekules met hoë molekulêre gewigte kan nie in die klein porië in pas nie, en sal dus redelik vinnig deur die kolom beweeg. Maar die klein polimeermolekules met lae molekulêre massa, sal in meer porië kan in pas, en dus deur meer porië beweeg, en so dus langer neem om deur die kolom te beweeg.
Jy kan ook so daaraan dink. As 'n volwassene en 'n kind deur 'n speelgoedwinkel loop, sal die volwassene redelik vinnig deur die winkel loop. Die kind aan die ander kant weer sal orals stop en kyk, en selfs 'n bietjie speel. Dit gaan die kind heelwat langer neem om deur die winkel te kan beweeg as wat dit die volwassene sou neem. Polimere werk baie dieselfde. Die groot molekule beweeg vinnig deur die kolom, met minimum interaksie met die poriëe, terwyl die klein molekules orals vertraag word in die poriëe. Dit beteken dus dat die groot molekule baie vinniger deur die kolom sal beweeg as die kleintjies.
Kom ons meet dit.
As 'n grootte uitsluitingschromatograaf (die instrument waarmee sulke metings gedoen sal word) korrek gekalibreer is, kan ons die molekulêre gewig van 'n polimeer verkry deur slegs te kyk na die tyd wat dit neem vir die molekules om te elueer, of af te spoel, van die kolom. Daar is ook spesiale detektors wat kan tel hoeveel molekules daar op 'n spesifieke tyd by die punt van die kolom uitkom. Ons kan dus 'n grafiek trek van tyd op die x-as en die aantal polimeermolekules wat by 'n spesifieke tyd elueer, op die y-as. Dit sal dan so lyk: Omdat ons die molekulêre gewig kan bereken van die elueertyd, kan ons hierdie grafiek verander in 'n grafiek van molekulêre gewig op die x-as en die aantal molekules met 'n spesifieke gewig op die y-as. Dit sal dan so lyk: Onthou net dat hoe hoër die molekulêre gewig, hoe korter is die tyd wat dit vir die polimeermolekule sal neem om deur die kolom te beweeg. Op so 'n grafiek neem die molekulêre gewig dus af van links na regs. Dit is net mooi die teenoorgestelde van wat 'n mens sou verwag, so hou dit altyd in gedagte as jy na sulke grafieke kyk.
En as jy dalk sou gewonder het hoe so 'n chromatograaf lyk, het ons 'n foto van Kevin, 'n jong polimeerchemikus, by so 'n apparaat geneem. Die kolom is in die klein swart kissie agter sy kop. Die grys kis heel links is die pomp wat die polimeer deur die kolom pomp.
Daar is 'n nadeel verbonde aan SEC. In SEC meet ons eintlik nie die massa van polimeer nie, maar eerder die hidrodinamiese volume. Dit kan verduidelik word as die hoeveelheid ruimte wat 'n polimeermolekuul sal beslaan as dit in oplossing is. Ons kan 'n korrelasie maak tussen molekulêre gewig en die data verkry uit SEC, aangesien ons die presiese verhouding tussen molekulêre gewig en hidrodinamiese volume vir polistireen het, en ons polistireen as standaard gebruik het. Maar hierdie verhouding is nie altyd presies dieselfde vir alle polimere nie, en daarom maak ons in sekere gevalle net 'n geskatte meting.
Maar moenie moed verloor nie. Daar is 'n nuwe metode wat molekulêre gewigte en molekulêre gewig verspreidings baie akkuraat kan meet. Lees gerus hieroor. Dit word matriksondersteunde laser desorpsie/ionisasie massaspektrometrie ("matrix-assisted laser desorption/ionization massspectrometry") genoem.