REACH法规 第三卷译稿-19

A 19 聚合物的低分子量聚合物的低分子量 1 方法方法 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 n i i i n i i n M H H M 1 1 n i i n i ii w H xMH M 1 1 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 20 2000 Mp 106 Mw Mn 106 Mw Mn 1 20 Mp 是标准物在峰顶点的分子量 1 6 试验方法的描述试验方法的描述 1 6 1 标准聚苯乙烯溶液的准备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 40 100 l 之间 高容量是可能的 但是他们 不应超过 250 l 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 2 m 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 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 2 2 1 554 W V N e 2 16 w V N e Or 1 2 10 21 21 2 1 log 1 2 M M x WW VV xR ee 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 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 10 l 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 数据和报告数据和报告 2 1 数据数据 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 试验报告必须包括下列信息 2 2 1 试验物质 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 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 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 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 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