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2 Charakterisierungsmethoden 17
2.3 Gelpermeationschromatographie
Die Technik der Gelpermeationschromatographie (GPC), auch Größenausschlußchromatographie
(size exclusion chromatography (SEC)), wurde Mitte der 60er Jahre
entwickelt und ist die zur Zeit am häufigsten eingesetzte Methode zur Bestimmung
der unterschiedlichen Molekulargewichtsmittelwerte und der Molekulargewichtsverteilung
von Polymeren. Die GPC ist eine spezielle Form der High Performance
Liquid Chromatographie (HPLC); im Unterschied zu dieser beruht die Trennung
allerdings nicht auf Adsorptionseffekten zwischen mobiler und stationärer Phase
sondern auf Größenausschluß durch Diffusion von Polymermolekülen in
Kapillarhohlräume eines porösen Gels. Die physikalische Trenngröße ist dabei das
hydrodynamische Volumen der Polymermoleküle.
Bei der GPC werden zuerst die Polymermoleküle mit den höchsten
Molekulargewichten eluiert, da die Poren des Gels für diese Moleküle zu klein sind;
sie fließen ohne zu Verweilen aus der Säule aus. Das Elutionsvolumen, bei dem
diese Moleküle den Detektor passieren, wird als Ausschlußvolumen bezeichnet.
Wenn die Molekülgröße unter die Porengröße sinkt, können die Polymermoleküle in
die Hohlräume hineindiffundieren. Dadurch wird die Verweildauer auf der Säule und
damit das Elutionsvolumen vergrößert und zwar um so mehr, je tiefer sie in die Poren
eindringen, d. h. je kleiner sie sind, und je häufiger sie darin verweilen. Moleküle, die
im Vergleich zur Porenweite sehr klein sind, können unabhängig von ihrer Größe
quasi unbehindert in die Kapillarhohlräume eindringen, so daß hier keine erkennbare
Trennung mehr erfolgt. Werden mehrere Säulen mit unterschiedlichen Porengrößen
hintereinandergeschaltet, kann der Trennbereich erheblich erweitert werden.
Für die Detektion werden vorwiegend UV- und Brechungsindex-Detektoren
eingesetzt. Bei beiden Detektionsmethoden wird die Konzentration an Polymer im
Elutionsvolumen zur Zeit t bestimmt. Als Chromatogramm erhält man damit die
Änderung einer von der Konzentration abhängigen Größe mit der Elutionszeit.
Zusätzlich können mit dem UV-Detektor auch chromophore Molekülgruppen
detektiert werden, wodurch man bei chromophoren Endgruppen ein Signal erhält,
welches proportional der Zahl an Polymermolekülen ist [48 - 50].
Da es sich bei der GPC um eine Relativmethode handelt, muß die Anlage mit
Polymerstandards enger Molekulargewichtsverteilung kalibriert werden, die durch
Absolutmethoden charakterisiert wurden. Problematisch ist hierbei die Tatsache, daß
nur von wenigen Polymeren eng verteilte Standards über einen gewissen