【瑞士步琦】SFC遇见SEC——三种模式应用于聚合物分离

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来源：步琦实验室设备贸易（上海）有限公司 2023年07月24日 16:25

三种模式应用于聚合物分离

通常来讲，对于聚合物的分离，主要方法为体积排阻色谱（SEC）和液体吸附色谱（LAC），然而在这两个模式之间，存在着所谓的临界条件下液相吸附色谱法(LACCC)。原理上，对于所有的模式都是根据分子的特性来对聚合物进行分离。

其实，在这三种模式中使用超临界 CO₂ 只是停留在早期的研究中，但是随着 SFC 领域的快速发展，又燃起了我们对于这些模式研究的希望！本篇文章，我们将会以聚乙二醇（PEG）为模型展示这三种模式下的分离状态。为了确定临界条件下的色谱参数，采用了质量设计（QbD）的方法来减少所需的实验。

聚合物分离的色谱原理

表1. 超临界流体色谱法对聚合物不同分离方式的比较。哪种模式占主导地位取决于色谱条件，主要是溶剂强度。

实验材料与设备

实验条件
色谱柱	250 mm x 20 mm, 5μm (制备柱) Reprosil SEC 200Å (Dr. Maisch, Germany) 150 mm x 2.1 mm, 1.9μm (分析柱)
仪器	分析型：Waters UPC2 with Acquity ELSD（Waters）制备型：Sepiatec SFC-250 with ELSD（Sepiatec）
软件	Fusion QbD software (S-Matrix Corp.)

SFACCC 中使用 QbD 对聚合物进行条件筛选与分离

QbD 法确定关键色谱条件：

▲图1.由 Fusion QbD 软件生成的方法设计；

在临界色谱条件 T 中进行

▲图2.在临界色谱条件：36% 甲醇和 56℃ 下，不同 PEG 的共洗脱(上图)和 PEG-400 与聚多卡醇的分离(下图)

在相同系统下采用 SEC 与吸附色谱对聚乙二醇进行实验

▲图3.scSEC：等度模式；10/90（CO₂/甲醇）

▲图4.SFAC：梯度模式；

十分钟之内 90/10 – 50/50（CO₂/甲醇）

▲5.SFAC：等度模式；90/10（CO₂/甲醇）

scSEC色谱法在亚临界条件下通过高比例的强溶剂进行等度洗脱，高分子量的 PEG 更早的洗脱出来。

SFAC色谱法通过梯度洗脱模式对 20kDa – 200Da 分子量范围内的 PEG 进行洗脱。后续采用低比例改性剂的等度模式对可将 PEG-200 和 PEG-400 分散剂分解为其单分散组分。分子量的确认通过 SFC-MS 联用技术进行确认。

SEC校准：将衍生化均匀聚合物与常规 PEGs 分散剂进行校准比较，以此来证明均匀聚合物的可用性。

制备分离 PEG-400 里均匀聚合物

▲图6.通过 SFAC 色谱模式对 PEG-400 均匀聚合物进行分离效果图谱

聚合物纯度验证：在分析层面上使用开发的 SFAC 色谱法对均匀聚合物的纯度进行检测，结果表明即使在不优化分离条件的情况下，所有聚合物的纯度都＞99%。

结论

通过改变 CO₂ 和甲醇的比例，三种模式均可在相同的系统中实现。除此之外，在实际应用中，通过将开发的分析方法顺利转移到制备规模中，对不同分子量的聚乙二醇进行分离纯化且得到了均匀的聚合物。

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