р-р разделяется на фракции (зоны) в соответствии с размером макромолекул. Время, прошедшее от момента ввода р-ра в элюент до момента выхода из колонки данной зоны, наз. временем удерживания, а объем элюента, прошедшего через колонку за это время,— удерживаем,ым объемом VR.

Последний складывается из свободного объема колонки V0 (пространства между частицами сорбента) и объема пор, доступных для макромолекул данного размера, уасс= KjVp, где Ка — коэффициент распределения макромолекул данного размера между подвижной и неподвижной фазами, Vр — полный объем пор сорбента (V0-\- Vp= V% — полный объем жидкости в колонке).

Для количественного анализа определяют зависимость концентрации р-ра от удерживаемого объема, наз. кривой удерживания, элюционной кривой или просто хроматограммой.

Для ГПХ полимеров используют жидкостные хроматографы (рис. 2). Детектором концентрации обычно служит проточный дифференциальный' рефрактометр, чувствительность к-рого позволяет определять концентрацию порядка 0,01% с точностью до 1—2%. Кроме того, используют фотометр и спектрофотометр, а также транспортный пиролитич. детектор.

Сорбенты для ГПХ должны отвечать след. требованиям: не обладать адсорбционной активностью, иметь большой объем пор, обладать химич. и механич. стойкостью, не создавать большого гидродинамич. сопротивления движению элюента.

В зависимости от степени набухания в растворителе различают мягкие сорбенты (набухающие и обладающие малой пористостью в сухом состоянии), полужесткие (слабо набухающие) и жесткие (ненабухающие). Из гидрофильных сорбентов наиболее широко применяют сефадексы, полиакриламидные гели и сорбенты на основе агарозы (см. Гель-фильтрация). Из гидрофобных сорбентов применяют в основном гели на основе сополимеров стирола и дивинилбензола: мягкие (порогели) с содержанием дивинилбензола до 5%, проницаемые для молекул с Jlf<3000, и полужесткие (стирогели), содержащие >10% дивинилбензола и проницаемые для макромолекул с М<107. Жесткими сорбентами служат макропористые стекла с радиусом пор от 100 до 3000 А, уд. объемом порового пространства до 2,0 мл/г и узким распределением пор по размерам. Они пригодны для анализа полимеров как в водных, так и в неводных растворителях. К жестким сорбентам относятся также силикагели (сферосил, поросил) с размером пор более 100 А.

Определение молекулярно-массового распределения. Для решения этой задачи необходимо произвести каРис. 2. Схема хроматографа для гель-проникающей хроматографии: 1 — система подготовки и подачи элюента; г — регуляторы расхода элюента; 3 — сравнительные колонки; 4 — разделительные колонки; 5 — кран дозатора; 6 — устройство для ввода пробы; 7 — автоматич. дозатор; 8 и 9 — рефрактометрич. и фотометрич. детекторы соответственно (СРК и РК — сравнительная и рабочая кюветы); 10 — датчик расхода элюента; 11 — переключатель слива; 12 — бак для слива элюента; 13 — коллектор фракций.

либровку хроматографич. колонки — получить зависимость Vjf от М. Для этого используют узкофракциони-рованные полимерные образцы с известными Mw и М„ или полидисперсный образец с известным ММР.

В координатах F#—In М на калибровочной кривой имеется линейный участок, описываемый ур-ниём:

VR = D1 — DilnM (1)

где Dx и Z)2— коэффициенты. Справа и слева от линейного участка калибровочная кривая асимптотически

приближается к прямым VR= V0 и VR=Vt (рис. 3). Экстраполяция линейного участка до пересечения с этими прямыми дает точки с ординатами М0 и Mf соответственно для макромолекул, совершенно не прониРис. 3. Калибровочная кривая для гель-проникающей хроматографии; М — мол. масса, V0 и Vf — см. пояснения в тексте.

кающих в поры сорбента и проникающих в любые его поры. Т. обр., калибровочная кривая позволяет определить Vp=Vt+VQ.

Универсальная калибровочная кривая, справедливая для полимеров любого типа, впервые была экспериментально установлена А. Бенуа в виде соотношения:

У^С1^СгЫ(М[у]\) (2)

где Сх и (7а— константы, [ц] — характеристич. вязкость. Калибровочная зависимость Бенуа не применима к набухающим сорбентам типа сефадексов. Она м.б. использована для калибровки по М, если для исследуемого полимера в данном растворителе известны константы и о в ур-нии Марка — Хувинка |

[ц]=Кт\Ма, а также для определения ММР разветвленных полимеров путем сравнения значений [т|], рассчитанного из данных ГПХ и полученного экспериментально.

Для калибровки и определения среднего радиуса пор используют также универсальную зависимость VR ОТ отношения среднего размера макромолекул к среднему радиусу пор. Эта зависимость м. б. рассчитана на основании т. наз. равновесной теории ГПХ, согласно к-рой вероятность пребывания макромолекулы в поре определяется отношением числа возможных ее конформации в поре к максимальному числу конформации в р-ре. Наилучшее соответствие теории с экспериментом достигается, если размер макромолекул характеризовать гидродинамич. радиусом Л§.

Значения VR зависят гл. обр. от темп-ры, природы растворителя, концентрации р-ра и скорости элюиро-вания. Обычно скоростные эффекты несущественны, что свидетельствует о равновесном характере ГПХ. При этом изменения VR обусловлены в основном изменением R$ под влиянием остальных из указанных выше факторов.

При постоянной темп-ре и неизменном растворителе концентрационный эффект состоит в увеличении Уд при повышении концентрации полимера в пробе. Этот эффект объясняется уменьшением размеров макромолекул и коэфф. диффузии, а также повышением осмотич. давления. Концентрационный эффект наиболее заметен при ГПХ ассоциирующих макромолекул (белков, нуклеиновых к-т) и полиэлектролитов. Поэтому при определении их ММР принимают специальные меры для предотвращения ассоциации макромолекул и полиэлектролитного набухания. ГПХ этих веществ можно использовать для исследования их поведения в »разб. р-рах, в частности термодинамики и кинетики образования полимерных комплексов.

При ГПХ полимеров наряду с разделением на фракции происходит перемешивание отдельных фракций в результате хаотич. движения макромолекул в хроматографич. колонке, гидравлич. коммуникациях и детектирующей системе хроматографа. Подобное размывание зон м. б. вызвано также искажением электрич. сигнала детектора в усилителе и регистрирующих приборах (приборное уширение).

Мерой хроматографич. размывания обычно служит гипотетич. длина Н~ колонки, при к-рой концентрация выходящего из нее р-ра находилась бы в равновесии со средней концентрацией р-ра в хроматографич. зоне, т. е. как бы в отсутствие всех эффектов размывания. [Величина Н наз. высотой, эквивалентной теоретич. тарелке (ВЭТТ).] Н связана с дисперсией хроматографич. размывания о2 и реальной длиной колонки L соотношением:

# = •?- (3)

Эффективность хроматографич. разделения фракций определяется отношением JD2/o", где ?)2— тангенс угла наклона линейного участка калибровочной кривой, выражаемой ур-нием (1). При /?2/сСйг7 точность определения усредненного значения М составляет—5%.

Вследствие хроматографич. размывания при ГПХ вы-сокополимеров пики полимергомологов на хромато-грамме перекрываются. Для разделения пиков требуется специальная математич. обработка хромато-граммы, состоящая из ее нормировки и коррекции на размывание. ММР получают заменой удерживаемых объемов на М в соответствии с калибровочной зависимостью.

(4)

Элюциовная кривая полидисперсного полимера описывается ур-нием Танга:

F(v)=^W(y)G(v, у) dy

где F(v) — зависимость концентрации по массе полимерной фракции от удерживаемого объема при Vr=v, W(y) — хроматограмма, скорректированная на размывание, G(v, у) — функция, описывающая приборное уширение. Коррекция хроматограммы состоит в определении функции G(v, у), к-рая зависит от Vr, И определении W(y) решением ур-ния (4), представляющего собой интегральное ур-ние Фредгольма первого рода.

Существуют прямые и косвенные методы определения G(v, у). Прямые методы основаны на получении хроматограммы, свободной от влияния ММР (напр., хроматограммы узко дисперсного полимера), и определении параметров хроматографич. размывания. Косвенные методы основаны на сопоставлении значений средней мол. массы Мк и характеристич. вязкости [и], определенных из нескорректированной хроматограммы F(v), с их истинными значениями, определенными др. методами (напр., осмометрией, светорассеянием); косвенные методы, однако, в принципе не позволяют учесть зависимость G(v, у) от Vr И поэтому пригодны только для анализа узкодисперсных полимеров. Коррекция хроматограммы относительно мало изменяет значения Mw и Мп, однако значительно уменьшает показатель полидисперсности MwlMn (рис. 4).

В современных жидкостных хроматографах пересчет хроматограммы в ММР полимера, включая калибровку

хроматографа по М и

коррекцию на приборное

уширение, осуществляют с помощью ЭВМ. При

этом получают дифференW(x)^J циальную и интегральную кривые ММР и соА

Рис. 4. Экспериментальная (пунктирная кривая) и скорректированная на хроматографич. размывание (сплошная кривая) гель-хромато-граммы.

Удерживаемый объем

ответствующие усредненные значения М. Скоростные хроматографы высокого давления с использованием ЭВМ позволяют определить ММР полидисперсного полимера за 10—30 мин. При использовании колонок высокого разрешения абсолютная точность ГПХ обусловлена практически только точностью характеристики градуировочных полимерных образцов.

Тонкослойная хроматография

В ТСХ полимеров реализуются различные типы взаимодействия макромолекул с адсорбентом, что позволяет разделять полимерные фракции как по М, так и по разветвленности, степени блочности, регулярности и др. структурным особенностям макромолекул. ТСХ менее стандартизована и автоматизирована, чем ГПХ, однако позволяет получать богатую, зачастую уникальную информацию.

Методика. В ТСХ пробу полимера (стартовое пятно) наносят на пластинку, покрытую слоем адсорбента, на небольшом расстоянии от ее края. Пластинку опускают в растворитель таким образом, чтобы уровень растворителя был несколько ниже стартового пятна. Растворитель будет подниматься по пластинке в