Cromatografia por Exclusão Cromatografia por Exclusão de Tamanhode Tamanho

SEC, GPC ou GFCSEC, GPC ou GFCFábio Herbst FlorenzanoFábio Herbst Florenzano

CromatografiaCromatografia

Técnica de separaçãoTécnica de separação Fase móvel e estacionáriaFase móvel e estacionária A retenção maior ou menor das substâncias A retenção maior ou menor das substâncias

pode ser causada por:pode ser causada por:– Partição entre as fases (solubilidade/interações)Partição entre as fases (solubilidade/interações)– Afinidade específicaAfinidade específica– Troca IônicaTroca Iônica– Volume acessívelVolume acessível

SEC, GPC e GFCSEC, GPC e GFC A fase estacionária é constituída por uma resina A fase estacionária é constituída por uma resina

(gel) com poros e cavidades de diferentes (gel) com poros e cavidades de diferentes tamanhostamanhos

A fase móvel é um bom solvente para o A fase móvel é um bom solvente para o polímeropolímero

A separação das substâncias (polímeros) se dá A separação das substâncias (polímeros) se dá pelo seu volume hidrodinâmicopelo seu volume hidrodinâmico– As menores são capazes de acessar um volume As menores são capazes de acessar um volume

maior (maior retenção)maior (maior retenção)– As maiores não acessam todo o volume da fase As maiores não acessam todo o volume da fase

estacionária (menor retenção)estacionária (menor retenção) Permite obter Mw, Mn, Mz (além da MM, sua Permite obter Mw, Mn, Mz (além da MM, sua

distribuição)distribuição)

Relação entre massa molar e Relação entre massa molar e volume de eluiçãovolume de eluição

O raio hidrodinâmico apresenta relação com O raio hidrodinâmico apresenta relação com a massa molar (lembrar das equações da a massa molar (lembrar das equações da viscosidade)viscosidade)

Sendo assim é esperado algum tipo de Sendo assim é esperado algum tipo de relação entre o volume de eluição e a relação entre o volume de eluição e a massa molarmassa molar

Essa relação depende da coluna, do Essa relação depende da coluna, do sistema solvente, da temperatura e da sistema solvente, da temperatura e da natureza do polímero natureza do polímero

Separação: fatores entálpicos ou Separação: fatores entálpicos ou entrópicosentrópicos

A relação entre massa molar e raio A relação entre massa molar e raio hidrodinâmico vale quando os fatores hidrodinâmico vale quando os fatores entálpicos (interações) são desprezíveisentálpicos (interações) são desprezíveis

De fato esses dois fatores estão sempre De fato esses dois fatores estão sempre presentes e podem ser moduladospresentes e podem ser modulados

Para se diminuir o fator entálpico pode-se Para se diminuir o fator entálpico pode-se modificar o solvente ou a coluna. modificar o solvente ou a coluna.

Um sistema de GPC típicoUm sistema de GPC típico

DetecçãoDetecção Mais usado: índice de refração diferencial Mais usado: índice de refração diferencial

(“universal”, sinal proporcional à concentração)(“universal”, sinal proporcional à concentração) Viscosímetro capilar (permite a determinação da Viscosímetro capilar (permite a determinação da

viscosidade intrínseca)viscosidade intrínseca) Espalhamento de Luz estático:Espalhamento de Luz estático:

– Permite a determinação da massa molar absoluta do Permite a determinação da massa molar absoluta do polímero (sem o uso de padrões)polímero (sem o uso de padrões)

– Para isso se precisa apenas do dn/dc do polímeroPara isso se precisa apenas do dn/dc do polímero– Mede também o raio de giraçãoMede também o raio de giração

OutrosOutros

Um cromatograma típicoUm cromatograma típico

Curva de GPC hipotéticaCurva de GPC hipotética

Entendendo a exclusão de volumeEntendendo a exclusão de volume

Curvas de Eeluição para diferentes Curvas de Eeluição para diferentes colunascolunas

Determinação da Massa Molar por Determinação da Massa Molar por GPCGPC

Calibração clássica:Calibração clássica:– Usa-se padrões de massa molar conhecida Usa-se padrões de massa molar conhecida do mesmo do mesmo

polímero a ser analisadopolímero a ser analisado– Curva analítica: relação a massa e o volume de eluiçãoCurva analítica: relação a massa e o volume de eluição– Quando usada para outros polímeros, mede uma massa Quando usada para outros polímeros, mede uma massa

molar relativa ao padrãomolar relativa ao padrão Calibração universal:Calibração universal:

– Pode ser feita com um só polímero mas é aplicável a todos, Pode ser feita com um só polímero mas é aplicável a todos, pois corrige a relação entre massa molar e raio hidrodinâmico pois corrige a relação entre massa molar e raio hidrodinâmico usando a viscosidade intrínsecausando a viscosidade intrínseca

Espalhamento de Luz estáticoEspalhamento de Luz estático

Calibração por PadrõesCalibração por Padrões

Calibração UniversalCalibração Universal

Correção (coeficientes de Mark-Correção (coeficientes de Mark-Houwink são conhecidos)Houwink são conhecidos)

logMlogM22=[1/(1+a=[1/(1+a22)]*log(K)]*log(K11/K/K22)+[(1+a)+[(1+a11)/(1+a)/(1+a22)]*logM)]*logM11

Onde K1,K2 e a1 a2 são as constantes de Mark-Onde K1,K2 e a1 a2 são as constantes de Mark-Houwink para os polímeros 1 e 2.Houwink para os polímeros 1 e 2.

Com essa correção, a princípio pode-se usar uma Com essa correção, a princípio pode-se usar uma curva de calibração feita com um polímero para curva de calibração feita com um polímero para outros polímeros com constantes conhecidasoutros polímeros com constantes conhecidas

Distribuição da Massa molarDistribuição da Massa molar

Por ser uma técnica de separação, a GPC Por ser uma técnica de separação, a GPC permite que se acesse a distribuição de permite que se acesse a distribuição de massas molares do produto poliméricomassas molares do produto polimérico

Isso é conseguido separando-se o pico em Isso é conseguido separando-se o pico em fatias e considerando que cada uma delas é fatias e considerando que cada uma delas é uma fração da mistura com determinada uma fração da mistura com determinada massa molarmassa molar

Ci e MiCi e Mi

Índice de Polidispersão (PDI)Índice de Polidispersão (PDI)

Portanto, usando GPC, é possível obter Portanto, usando GPC, é possível obter uma tabela de Ci x Mi e dessa forma uma tabela de Ci x Mi e dessa forma calcular qualquer tipo de média de massacalcular qualquer tipo de média de massa

Tendo em mãos Mw e Mn é possível se Tendo em mãos Mw e Mn é possível se calcular Mw/Mi, o índice de polidispersão calcular Mw/Mi, o índice de polidispersão mais comummais comum

Lembrando que para isso é necessário Lembrando que para isso é necessário apenas um sinal proporcional à apenas um sinal proporcional à concentraçãoconcentração

Fontes de consulta onlineFontes de consulta online http://www.waters.com/waters/pt_BR/GPC-Basic-http://www.waters.com/waters/pt_BR/GPC-Basic-

Chemistry/nav.htm?cid=10167593&locale=pt_BRChemistry/nav.htm?cid=10167593&locale=pt_BR http://phx.phenomenex.com/lib/PEG19951_Gelhttp://phx.phenomenex.com/lib/PEG19951_Gel

%20Permeation%20guide.pdf%20Permeation%20guide.pdf http://www.forumsci.co.il/hplc/SEC_2010.pdfhttp://www.forumsci.co.il/hplc/SEC_2010.pdf http://www.shimadzu.com/an/hplc/support/lib/lctalk/http://www.shimadzu.com/an/hplc/support/lib/lctalk/

55/55intro.html55/55intro.html http://www.chem.agilent.com/Library/primers/Public/5990-http://www.chem.agilent.com/Library/primers/Public/5990-

6969EN%20GPC%20SEC%20Chrom%20Guide.pdf6969EN%20GPC%20SEC%20Chrom%20Guide.pdf http://www.ima.ufrj.br/~rmichel/04-aulas/IMA_aulas/http://www.ima.ufrj.br/~rmichel/04-aulas/IMA_aulas/

metfis/07-GPC-2013.pdfmetfis/07-GPC-2013.pdf