Determination of polymer molecular weight and composition using picoSpin NMR spectroscopy

Význam tématu

Kontrola molekulové hmotnosti a distribuce polymerů je zásadní pro dosažení požadovaných mechanických, termálních a řeologických vlastností výsledných materiálů.
Detailní stanovení složení kopolymerů umožňuje optimalizaci jejich funkčních vlastností, stability a kompatibility v široké škále aplikací v chemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této studie bylo demonstrovat použití nízkofrekvenčního 1H NMR (picoSpin 80) pro stanovení průměrné molární hmotnosti (Mn) a složení blokového kopolymeru PEG-PPG-PEG (Pluronic L-35).
Výsledky z 82 MHz přístroje byly porovnány s daty získanými na klasickém vysokofrekvenčním 300 MHz spektrometru.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza probíhala pomocí pulzní 1H NMR spektroskopie s Fourierovou transformací.
Vzorky se vkládaly do kapilární kazety o objemu 40 µl, přístroj udržuje permanentní magnet 2 T a frekvenci 82 MHz.
Pro srovnání byla pořízena i spektra z vysokofrekvenčního 300 MHz spektrometru.

• Thermo Fisher Scientific picoSpin 80 NMR (82 MHz, permanentní magnet 2 T, 40 µl kapilární kazeta)
• Vysokofrekvenční 300 MHz NMR spektrometr (použití CDCl3 jako rozpouštědla)

Hlavní výsledky a diskuse

U poly(ethylene glycol) acetyl triarm byla z integrace signálu acetylových end-group stanovena průměrná molární hmotnost Mn ≈ 1142 g/mol.
V analýze blokového kopolymeru Pluronic L-35 pomocí 82 MHz NMR vyšla hmotnostní složení 46,8 % PEG a 53,2 % PPG. Na 300 MHz spektrometru byly výsledky obdobné (47,4 % PEG a 52,6 % PPG), v souladu s výrobní specifikací.
Nízké rozlišení 82 MHz přístroje neovlivnilo přesnost end-group analýzy, neboť kalkulace vychází z integrace kolektivních signálů opakujících se jednotek.

Přínosy a praktické využití metody

Nízkofrekvenční NMR nabízí významné úspory investičních i provozních nákladů v porovnání s vysokofrekvenčními spektrometry.
Malý objem vzorku a rychlá příprava bez nutnosti separačních technik zjednodušují workflow v kvalitativní i kvantitativní analýze polymerů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se širší adopce low-field NMR technologií ve vývojových laboratořích a výrobních provozech díky nízkým nákladům a jednoduché údržbě.
Integrace do inline procesní kontroly a automatizované vyhodnocení dat otevírá prostor pro real-time monitoring polymerizací a kontinuální zajištění kvality.
Pokročilé softwarové nástroje a metody strojového učení mohou dále zlepšit citlivost a selektivitu při analýze složitých polymerních systémů.

Závěr

Nízkofrekvenční 1H NMR end-group analýza je spolehlivá pro stanovení molekulové hmotnosti i složení kopolymerů.
Thermo Fisher Scientific picoSpin 80 NMR se ukazuje jako efektivní a ekonomická alternativa ke klasickým vysokofrekvenčním spektrometrům.

Reference

• Higginbotham C. L.; Izunobi J. U. J. Chem. Ed. 2011, 88, 1098–1104.
• Skoog D. A.; Holler J. F.; Crouch S. R. Principles of Instrumental Analysis, 6th ed.; Brooks Cole: Pacific Grove, 2006.
• Bovey F. A.; Mirua P. A. NMR of Polymers, 1st ed.; Academic Press: San Diego, 1996.
• Sigma-Aldrich. Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol) (Pluronic L-35); CAS No. 9003-11-6.