クオータナリーソルベントマネージャーとエバポレイト光散乱検出器を備えたアドバンスドポリマークロマトグラフィー（APC）を用いたグラジエントポリマー溶出クロマトグラフィー

QSM を搭載した APC は、ポリマー業界で使用される強力な溶媒向けに特別に設計されたものです。Waters ACQUITY アドバンスドポリマークロマトグラフィー（APC）システムは、THF、クロロホルム、ジメチルスルホキシドなどの強溶媒を使用して、一貫して動作するように設計されています。業界で認められている APC システムにクオータナリーポンプの柔軟性を追加することで、ポリマー分析技術は HPLC テクノロジーに制限されなくなりました。

アプリケーションのメリット

• 高い溶媒適合性備えた、設定不要の p-QSM。
• 逆相や順相、およびサイズに基づく分離により、柔軟な分析が可能に。
• p-QSM を搭載した低拡散 APC は、HPLC や GPC よりも溶媒消費量が少なく、環境により優しくなっている。
• 粒子径 3 µm 以下の BEH カラムテクノロジーが高分離能を実現。

図 1 のグラジエントポリマー溶出クロマトグラフィー（GPEC）クロマトグラムは、Alliance HPLC（高速液体クロマトグラフィー）システムを使用しており、分析時間に 30 分かかります。このメソッドを超高速高分離液体クロマトグラフィー（UPLC）システムに移管すると、分析時間を大幅に短縮できます。一方、大半の UPLC システムはテトラヒドロフラン（THF）などの有機溶媒に適合しておらず、100% の有機溶媒を頻繁に使用できるだけの堅牢性を備えていません。

Waters ACQUITY アドバンスドポリマークロマトグラフィー（APC）システムは、THF、クロロホルム、ジメチルスルホキシドなどの強溶媒を使用して、一貫して動作するように設計されています。APC システムは元々、アイソクラティックポンプを使用するゲル浸透クロマトグラフィー（GPC）用に設計されました。グラジエント溶出用のポリマークオータナリーソルベントマネージャー（p-QSM）とエバポレイト光散乱検出器（ELSD）を APC システムに接続することで、GPEC を 10 分以内に完了できます（図 1）。

カラムにポリマーを沈殿させるには、グラジエント混合溶媒におけるポリマーの溶解度を決定する必要があります。文献で一般に認められている方法は、濃度既知のポリマー溶液（10^–2 ～ 10^–3 mg/mL）を非溶媒（貧溶媒）で滴定することです。滴定が進むと、ポリマーが凝集して沈殿するため、ポリマー溶液は濁って見えます。ポリマーは非溶媒によってはじかれ、ポリマー分子の凝集が進みます。非溶媒の体積分率は、式 1 を使用して計算されます。ここで、ファイ（Ф）は曇点（CP）を 100 で割った値に等しく、非溶媒の体積（Vns）をポリマー体積、良溶媒体積、および非溶媒体積の合計（Vp + Vs + Vns）で割った値に等しくなります。この手法は、曇点測定と呼ばれます^4,5。

式 1F = CP/100 = Vns / Vp + Vs + VNS

再現性のあるピーク面積を達成するように線形グラジエントを最適化できない場合、ステップグラジエントが必要になることがあります。この実験では、ポリスチレン（PS）、ポリブタジエン（PBD）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）の 3 つのポリマーの GPEC 分析を行いました（表 1）。線形グラジエントでは、PS および PMMA のピーク面積の再現性が低く、PBD は溶出しません。

そのため、ステップグラジエント法を使用して、ポリマーがグラジエントの不溶性領域で費やす時間を抑えます。グラジエントテーブルおよび得られたクロマトグラム（図 2）を見てわかるように、グラジエントプロファイルの不溶性領域 (11) には急勾配曲線が使用されますが、可溶性領域には勾配が緩やかな曲線 (6) が使用されます。

Empower 3 CDS カスタム計算およびレポート機能を使用する場合、データを別のスプレッドシートにエクスポートする必要はありません。図 3 のレポートは、Empower 内で計算されたピーク面積比とグラジエント比を示しています。完全な GPEC プロジェクトおよび詳細な GPEC ガイドは、Waters の Web サイトおよび Empower マーケットプレースから入手できます。

GPEC と GPC は異なるものです。図 4 のクロマトグラムの例では GPC 分離を使用しており、化学的性質の異なる 3 種のポリマーが流体力学的容積が類似しているために共溶出しています。これらのポリマーを分離するために逆相分離を使用した場合、ポリマーは分離全体にわたって一部が溶けた状態のままとなり、ベースライン分離せず、一部が重なります。GPEC 分析法は、良溶媒のグラジエント比がポリマー溶解点に達するまで、意図的にポリマーをカラムまたはカラムフリットに沈殿させ、カラムの表面からポリマーを除去します。GPC でのサイズに基づく分離の代わりに、GPEC ではポリマーは化学的溶解度に基づいて分離されます。GPEC は、GPC アプリケーションとはまったく異なる LC アプリケーションです¹。

GPEC 用に設計された APC システムは新しい構成を採用しています（図 5）。ポリマーアイソクラティックソルベントマネージャー（p-ISM）は、100% 有機溶媒によるグラジエント溶出に対応するために、ポリマークオータナリーソルベントマネージャー（p-QSM）に変更されました。RI はグラジエント溶出に適合しないため、示差屈折率（RI）検出器は、エバポレイト光散乱検出器（ELSD）に変更されました。すべてのポリマーが紫外線を吸収するわけではないため、フォトダイオードアレイ（PDA）検出器は、このアプリケーションでは使用しません^2,3。

GPEC は、ポリマー混合物の比率の測定において共溶出ピークが干渉する場合に、GPC を補完するための分析法です。この特別な分析手法は何十年も使用されてきましたが、従来の HPLC 装置に制限されていました。UPLC 装置には溶媒適合性の制限があり、GPEC などの分析オプションが制限されることがあります。QSM を搭載した APC は、ポリマー業界で使用される強力な溶媒向けに特別に設計されたものです。業界で認められている APC システムにクオータナリーポンプの柔軟性を追加することで、ポリマー分析技術は HPLC テクノロジーに制限されなくなりました。

1. Uliyanchenko, E.; van der Walac, S.; Schoenmakers, P.J., Challenges in Polymer Analysis by Liquid Chromatography.Polym.Chem.2012, 3, 2313–2335.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/py/c2py20274c#!divAbstrac.
2. Waters ACQUITY UPLC ELS Detector, https://www.waters.com/waters/nav.htm?cid=514219.
3. ACQUITY UPLC Evaporative Light Scattering Detector Getting Started Guide, https://www.waters.com/webassets/cms/support/docs/71500109303rd.pdf.
4. Klumperman, B.; Cools, P.; Philipsen, H.; Staal, W. (1996), A Qualitative Study to the Influence of Molar Mass on Retention in Gradient Polymer Elution Chromatography (GPEC).Macromol.Symp., 110: 1–13.doi:10.1002/masy.19961100102, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/masy.19961100102.
5. Klenin, V. J.; Shmakov, S.L. Features of Phase Separation in Polymeric Systems: Cloud-Point Curves (discussion).Universal Journal of Materials Science 2013, 1 (2), 39–45.https://pdfs.semanticscholar.org/44cf/8e3fc4396d2d8bc6bc55 b5be0b2648e70619.pdf.