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

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

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)

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

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.

Um sistema de GPC típico

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

Um cromatograma típico

Curva de GPC hipotética

Entendendo a exclusão de volume

Curvas de Eeluição para diferentes colunas

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

Calibração por Padrões

Calibração Universal

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

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

Ci e Mi

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

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