Methodenvergleich zur Polymerauftrennung

Kunststoffanalyse mal anders – per FFF statt GPC

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Fazit: FFF ist besonders für größere Moleküle geeignet

Die vorgelegten Daten zeigen, dass eine Charakterisierung von Polymeren mit mittleren bis großen Molmassen speziell von Standardverbindungen nicht nur mittels Größenausschlusschromatographie (GPC) möglich ist. Auch die Feldflussfraktionierung (FFF) ist hinreichend genau, um ein verlässliches Ergebnis zu liefern – beide Verfahren führen bei realen Proben zu vergleichbaren Molmassenangaben. Eine wichtige Voraussetzung bei der FFF ist jedoch, dass man ein korrektes Brechungsindexinkrement nutzt, um verlässliche Werte aus der Lichtstreudetektion zur Molmassenbestimmung zu erhalten.

Zu beachten ist, dass im Vergleich zur GPC mit der FFF bei den untersuchten Proben abweichende Molmassenverteilungen erhalten werden können. Dies ist insbesondere bei stark streuenden Molmasse-Zeit-Kurven der Fall.

Die flüssigkeitschromatographischen Routinen bei der GPC sind denen einer HPLC-Messung sehr ähnlich und aufgrund der höheren Präzision reicht hier eine geringe Zahl von Wiederholungen, z. B. eine Doppelbestimmung, in den meisten Fällen aus. Bei der FFF gibt es bei der Messdurchführung einige Besonderheiten, wie eine längere Stabilisierungs- und Equilibrierungsphase sowie eine längere Messzeit und die Notwendigkeit einer Leermessung mit Eluent bei jeder Probe.

Zudem empfiehlt sich bei der geringeren Präzision der FFF eine höhere Anzahl von Wiederholungen, z. B. fünf Messungen.

Außerdem werden bei kleinen bis mittleren molaren Massen bei der hier verwendeten FFF mit orthogonalem Querfluss die ermittelten Massen systematisch etwas überbestimmt, da die Polymere mit geringen molaren Massen aufgrund der Porengröße der Membran nicht mit-analysiert werden können und daher im Fraktogramm zur Berechnung der molaren Masse fehlen.

Die GPC hat grundsätzlich eine bessere Auflösung als die FFF und liegt auch bei kleinen Molmassen vorne, da Feldfussfraktionierung am Beginn der Elution ein gewisses Einschwingverhalten zeigt. Bei großen und sehr großen molaren Massen ist die FFF aber der GPC überlegen, allein schon deshalb, weil zum Schutz der teureren GPC-Säulenkombination vor Partikeln sowie vor nicht vollständig gelösten Probenanteilen die Probe standardmäßig mit einem 0,2-µm-Filter filtriert werden muss. Bei der FFF reicht hingegen meist ein günstigerer 5-µm-Filter für die Probenvorbereitung. Da hier bei der FFF eine Trennung an einem Kanal durchgeführt wird, ist eine vollständige Lösung der Probe nicht unbedingt Voraussetzung für die Trennungen, sofern gröbere Partikel nicht durch den 5-µm-Filter beseitigt worden sind. Auf diese Weise erhält man bei entsprechenden Polymeren, z. B. im Elastomerbereich, bei Verwendung einer FFF in Kombination mit der Detektion über statische Lichtstreuung ein vollständiges Bild der Verteilung der molaren Masse von ca. 50.000 Da bis hin zu mehreren 100 Mio. Da. Darüber hinaus kann man mithilfe der FFF Aussagen über die Verzweigung der Polymere erhalten, die über die Auswertung der Lichtstreudaten, insbesondere der Trägheitsradien ermittelt werden können. Diese Parameter sind über eine GPC mit gleicher Detektorkonfiguration nicht erhältlich.

Durch die vollständige Polymercharakterisierung über den gesamten Bereich der molaren Masse und zusätzlichen Verzweigungsinformationen aus der Lichtstreudetektion erhält man mit der FFF eine vollständigere Information über den Polymerwerkstoff als mit der GPC alleine. Somit ist die FFF eine sinnvolle analytische Ergänzung zur GPC. n

Danksagungen

Der Dank gilt insbesondere dem geförderten Vorhaben „Kompetenznetzwerk für Angewandte und Transferorientierte Forschung“ (KAT) der Hochschule Merseburg, in dessen Rahmen diese Untersuchungen durchgeführt worden sind.

Bei der Durchführung und Auswertung der FFF-Messungen ist dem Kundenbetreuungsteam der Firma Wyatt Technology Europe für die gegebenen Hinweise zu danken.

Für die Bereitstellung der Prüfmuster und die Weitergabe von Informationen zu den Mustern ist für die Standardprobe die Unterstützung der Firma PSS Polymer Standards Service und hinsichtlich der Kautschukprobe die Firma Trinseo Deutschland zu nennen.

Literatur

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* *N. Hinzelmann, V. Cepus, Hochschule Merseburg, 06217 Merseburg

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