REACH法规第三卷译稿-19.doc

A.19. 聚合物的低分子量1. 方法这个凝胶渗透色谱法是OECD TG 119 (1996)的一份复制。参考(1)中给出了基础性的原理和进一步的技术工艺信息。1.1 简介既然聚合物的本质特征是如此的不同，而某一种方法的陈述涵盖了发生在聚合物分离中所有的可能性和特异性的分离和评估的条件，所以描述这样一种方法是十分重要的。尤其是复杂的聚合物系统经常不服从凝胶渗透色谱法（GPC）。当GPC行不通的时候，分子量可以通过其他的方法测得（见附录）。在这些情况中，应该为使用的方法提供完整的细节资料和理由。被描述的方法是以DIN标准55672 (1)为基础。关于如何实施实验和如何评价数据的细节性信息能够在这个DIN标准中找到。万一实验条件有了必要的修正，那么这些变化必须被证明是正当的。在做了充分的参考的情况下，其他的方法可以被使用。所描述的方法使用已知具有多分散性的聚苯乙烯样本作为标准并且它可能不得不被改进去同某种聚合物相适应，例如水溶性聚合物和长支链聚合物。1.2. 定义和单位低分子量被专门地定义为一种低于1000道尔顿的分子量。数量平均分子量Mn和重量平均分子量Mw可通过下列方程式求得：其中：HI =保留体积Vi的基线检测器信号水平，Mi =保留体积Vi下的聚合物分馏部分的分子量，n是数据点的数量。分子量分布的幅宽，是系统分散性的一个度量标准，通过比例Mw/Mn给出。1.3. 参考物质既然GPC只是一种相对的方法，就必须采取校准措施。精细分布的、线形构造的、具有已知平均分子量Mn和Mw以及一个已知分子量分布的聚苯乙烯标准物通常为此应用。只有在样本分离条件和标准已经以同样的方法被挑选出来的情况下，校准曲线才能被用来测定未知样本的分子量。仅仅在特殊实验的特定条件下，分子量和洗脱量之间的已测定的关联才是有效的。条件包括，首先是温度，溶剂（或溶剂混合物），色谱法的条件和分离柱和柱系统。用这种方法测得的样本的分子量是相对的分子量，并且被描述为“聚苯乙烯等价分子量”。这意味着，由于样本和标准之间存在着结构和化学性质的差异，导致分子量会偏离绝对值到一个更大或者更小的程度。如果使用其他的标准，例如，聚氧乙烯，聚环氧乙烷，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯酸，原因应该被陈述。1.4. 试验方法的原理样本的分子量分布和平均分子量(Mn, Mw)都能够通过GPC方法获得。GPC是液相色谱法的一种特殊类型，在这种方法中样本依据个体组成的流动力学体积 被分离开来(2)。当样本通过一个充满渗水材料的柱状体，通常是有机凝胶体的时候，分离就实现了。小的分子能渗透小孔，而大的分子则被排除在外。大的分子的路径因此比较短而且他们是首先被洗脱的。中等大小的分子渗透一些小孔，然后被接下来洗脱。而水力半径小于凝胶体小孔的最小的分子能够渗透所有的小孔。他们最后被洗脱。在一种理想的情形下，分离完全由不同种类分子的尺寸大小所支配。但是在实践中，至少要避免吸收效果的妨碍就是非常困难的。分布不平均的柱体填料和死体积也能使情形(2)变得更差。通过诸如折射率或者紫外线吸收等办法能够实现检测，并且绘制出一条简单的分布曲线。然而，为了要将实际的分子量归因于这条曲线，就有必要通过让已知分子量的聚合物，以及理想的、结构大致相似的聚合物，例如聚苯乙烯标准流过柱的方法来校准柱。具有代表性的是高斯曲线测算结果，有时曲线中偏向低分子量的一方被一条小尾巴所扭曲。垂直轴代表数量，即洗脱的不同分子量种类的重量，水平轴代表分子量记录。1.5. 质量标准洗脱容量的重复性（相对标准偏差：RSD）应该好于0.3 %。如果一种色谱的估值是依赖于时间并且并不符合上面提及的标准(1)，那么分析所必需的重复性就不得不经由国内标准的修正来得以确保。多分散性由标准物质的分子量决定。在聚苯乙烯的例中，典型的值是：Mp 2000 Mw/Mn 1.202000 Mp 106 Mw/Mn 106 Mw/Mn 1.20(Mp是标准物在峰顶点的分子量)1.6.试验方法的描述1.6.1. 标准聚苯乙烯溶液的准备聚苯乙烯标准物通过小心地混合在选择好的洗脱液中被溶解。在溶液的准备过程中必须重视制造商的建议。标准物的浓度选择依赖于不同的因素，例如，进样量，溶液的粘稠性和分析检测器的灵敏度。为了避免过载，最大进样量必须适合柱体的长度。使用规格为30厘米x7.8毫米柱体的GPC方法解析分离，其典型的进样量通常在40-100l之间。高容量是可能的，但是他们不应超过250l。进样量和浓度之间的最佳比例必须优先于柱体的实际校准而被测定出来。1.6.2. 样本溶液的准备原则上，同样的需求将应用于样本溶液的准备。样本通过轻轻地摇晃被溶解在一种合适的溶剂中，例如，四氢呋喃（THF）。任何情况下它都不能溶解在超声波浴槽中。在必要时，样本溶液通过一个小孔尺寸在0.2-2m之间的薄膜滤器被净化。不溶解的微粒必须被记录在最终的报告中，因为这些微粒可能导致高分子量类型。应该使用一种合适的方法去测定不溶解的微粒的重量含量。溶液应该在24小时内被使用。1.6.3. 杂质和附加物含量的调整对于M 1000类型的聚合物，非聚合物的特殊组成部分的含量调整通常是必要的，除非被测量出的含量已经是 1 %。这可以通过直接分析聚合物溶液或者GPC洗脱液来获得。在洗脱液通过柱之后变得太过稀释而不能进行进一步分析的情况下，它必须被浓缩。有必要将洗脱液蒸发至干燥，然后将它再次溶解。洗脱液的浓度要受确保洗脱液中不会发生任何变化的条件的影响。在GPC步骤之后的洗脱液的处理依赖于数量测定所用的分析方法。1.6.4. 设备GPC设备由下列部分组成： 储溶剂器 脱气装置（在合适之处） 泵 脉冲阻尼器（在合适之处） 进样系统 色谱柱 检测器 流量计（在合适之处） 数据记录处理器 废物容器 必须确保GPC系统对所使用的溶剂是惰性的（例如，通过THF溶液使用钢制毛细管）。 1.6.5. 进样和溶液传送系统使用一个自动取样器或者在严格规定的区域内手动地将一个详细规定的样本溶液放置到柱上。如果是手动的话，很快地拉出或者推压注入器的活塞能够导致所观察到的分子量分布有所改变。溶液传送系统应该尽可能远地、理想状况下免受震动地合并安装一个脉冲阻尼器。流动速度要达到1毫升/分钟的数量。1.6.6. 色谱柱取决于样品，聚合物的特征通过使用一个简单的色谱柱或者几个次序连接的多元色谱柱，聚合物的特征被表现出来。具有规定特点的（例如，小孔尺寸，排阻限）很多的渗水柱状材料在商业上是可以得到的。分离凝胶体的选择和柱的长度要由样本的特性（流动力学体积，分子量分布）和规定的诸如溶剂、温度和流速(1)(2)(3)这些分离条件所决定。1.6.7. 理论塔板分离过程中使用的柱或多个柱的结合体必须被理论塔板的数量来标志其特征。这包括，在THF作为洗脱溶液的情况下，将一种苯乙烷溶液或其他合适的非极性的溶液放置到一个已知长度的柱上。理论塔板的数量由下列方程式给出：Or其中：N = 理论塔板的数量 Ve = 在最大峰值时的洗脱容量 W = 基线峰宽 W1/2 = 半峰宽 1.6.8. 分离效率除了理论塔板数决定谱宽之外，由校准曲线的陡度决定的分离效率也起了一部分作用。一个柱的分离效率可以从下列关系中获得： 其中：Ve,Mx = 分子量为Mx的聚苯乙烯的洗脱容量 Ve,(10.Mx) =10倍分子量的聚苯乙烯的洗脱容量 柱系统的分离度通常如下定义： 其中：Ve1, Ve2 = 在峰顶点的2个聚苯乙烯标准物的洗脱容量 W1, W2 = 基线峰宽 M1, M2 = 最大峰值时的分子量（同带有系数10的分子量有差异） 柱系统的R值应该比1.7 (4)更大。 1.6.9. 溶剂所有的溶剂都必须有很高的纯度（对于THF而言，应用的纯度为99.5 %）。储溶剂器（如果需要的的话，在一个惰性气体环境中）必须足够大的去进行柱的校准和几种样本的分析。在通过泵被传送到柱中去之前，必须进行溶剂脱气处理。1.6.10. 温度控制重要内部组成部分（进样环路，色谱柱，检测器和管线系统）的温度，应该是恒定的并且要与溶剂的选择保持一致。1.6.11. 检测器检测器的使用目的是在数量上记录被从色谱柱中洗脱出来的样本的浓度。为了避免不必要地加宽顶点的宽度，检测池容量必须保持尽可能的小。除了光散射和粘稠性检测器，试管的容量不应该超过10l 。示差折光检测器通常被用在示差折光检测器中。但是，如果样本或洗脱溶剂的特定性质有所要求的话，其他类型的检测器也可以被应用，例如，紫外-可见，红外辐射，粘性检测器等等。2. 数据和报告2.1. 数据DIN标准(1)应该作为细节性评估标准和数据收集和处理需要的参考。 对于每一个样本，必须实施两个独立的实验。这两个实验也要被个别地加以分析。在所有的情况下测定表格中的数据也是很重要的，它们是在同样本相同的条件下被处理的。有必要明确地说明测得的值是等价于所使用标准物分子量的相对值。在测得保留体积或者保留时间之后（使用国内标准尽可能修正），log Mp的值(Mp是校准标准的峰顶点)依靠那些数量中的一个被测定出来。每10个分子量需要至少两个校准点，覆盖了样本评估分子量的整条曲线要求至少有5个测量点。校准曲线的低分子量的末端点是由n乙基苯或一种其他的合适的非极性溶剂所限定的。曲线中同低于1000的分子量相对的部分被测得，并且对于杂质和附加物有必要的调整。洗脱曲线通常是通过电子数据处理得到。在运用手工计算的情况中，可以参考ASTM D 3536-91 (3)。如果有任何不能溶解的聚合物保留在柱中，那么它的分子量有可能比溶解的部分要高，而且如果不加以考虑的话将导致低分子量含量估值过高。调整不溶解的聚合物的低分子量含量的指导在附录中给出。分布曲线必须以表格或者如图形的形式给出（微分频率或者依靠log M的百分数总和）。在绘图表示方法中，每10个分子量的宽度通常应该约为4厘米，峰顶点的高度大约8厘米。在积分分布曲线中，0-100 %的纵向轴的差额应该约为10厘米。2.2. 试验报告试验报告必须包括下列信息：2.2.1. 试验物质： 关于试验物质的可利用的信息（物质本身，附加物，杂质）； 样本处理的描述，观测资料，问题。 2.2.2. 使用仪器： 洗脱液储存器，惰性气体，洗脱液脱气，洗脱液成分； 泵，脉冲阻尼器，进样系统； 分离柱（制造商，所有关于柱特点的信息，诸如小孔尺寸，分离材料类型等，数量，长度和所使用多个柱的次序）； 柱（或联合柱）的理论塔板的数量，分离效率（系统的分离度值）； 顶点对称性的信息； 柱的温度，温度控制的类型； 检测器（测量原理，类型，检测池容量） 使用到的流量计（制造商，测量原理）； 数据记录和处理系统（硬件和软件） 2.2.3. 系统的校准： 用来构造校准曲线的方法的细节性描述； 关于此方法质量标准的信息（例如，相关系数，平方误总和，等等）； 在实验以及资料的评估和处理过程中所做的所有推断、假设和近似值的信息； 所有用来构造校准曲线的方法都要以一张表格的形式给出证明文件，这张表格包含了每一个校准点的如下信息： 样本的名称 样本的制造商 标准物的特征值Mp, Mn, Mw, Mw/Mn, 由制造商提供或者源自后来的测量，连同测量方法的细节; 进样量和进样浓度； 校准所使用的Mp值； 洗脱容量或者修正的在峰顶点时计算出的留时间； 在峰顶点计算出的Mp的值； 计算出的Mp值的错误百分率和校准值；2.2.4. 低分子量聚合物含量的信息： 描述在分析中所使用的方法以及实验是用哪些方法操作的； 低分子量种类含量相对于全部样本的重量百分比的信息； 有关杂质、附加物和其他非聚合物种类相对于全部样本的重量百分比；I 2.2.5. 估值： 以时间为基础估值：用来保证所要求的可重复性的方法（修正的方法，国内标准等等）； 有关估值是否被洗脱容量或保留时间所影响的信息； 峰不完全分离的情况下有关估值限制的信息； 使用情况下的滤除方法的描述； 样本的准备和先期处理过程； 存在情况下的不溶解的微粒； 进样量(l)和进样浓度(mg/ml)； 导致偏离理想GPC图表的影响指示的观测资料； 试验过程中所有修正的细节性描述； 误差范围的细节； 与试验结果的说明相关的任何其他的信息和观测资料。3. 参考书目(1) DIN 55672 (1995) Gelpermeationschromatographie (GPC) mit Tetrahydrofuran (THF) als Elutionsmittel, Teil 1.(2) Yau, W.W., Kirkland, J.J., and Bly, D.D. eds. (1979). Modern Size Exclusion Liquid Chromatography, J. Wiley and Sons.(3) ASTM D 3536-91, (1991). Standard Test method for Molecular Weight Averages and Molecular Weight Distribution by Liquid Exclusion Chromatography (Gel Permeation Chromatography-GPC). American Society for Testing and Materials,Philadelphia, Pennsylvania.(4) ASTM D 5296-92, (1992). Standard Test method for Molecular Weight Averagesand Molecular Weight Distribution of Polystyrene by High Performance Size-Exclusion Chromatography. American Society for Testing