Determining molecular weights for P(D,L)LA in ethyl acetate – an internal validation

Význam tématu

Polymerní materiály, jako je polylaktid (PLA), hrají klíčovou roli v udržitelném průmyslu. Jejich fyzikálně-che­mické vlastnosti, zejména distribuce molárních hmotností (Mn, Mw a PDI), zásadně ovlivňují mechanickou pevnost, degradaci a zpracovatelnost. Gelová permeační chromatografie (GPC) patří mezi nejpoužívanější techniky pro stanovení těchto parametrů, ovšem spolehlivost výsledků závisí na vhodné kalibraci a provozních podmínkách.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na intralaboratorní validaci metody stanovení nízkomolekulárního P(D,L)LA v rozpouštědle ethylacetátu. Hlavními cíli byly:

• Ověřit přesnost univerzální kalibrace (UC) vůči konvenční (CC) a absolutním metodám (1H-NMR),
• Posoudit opakovatelnost a mezní přesnost (ISO 13885-1),
• Prověřit robustnost vůči změnám teploty, průtoku, objemu injekce a koncentrace vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Pro univerzální kalibraci byl použit 10bodový PMMA ReadyCal-kit (800 Da – 2 200 kDa) v EtOAc s Mark-Houwink parametry K = 21.1·10^5 dL/g, α = 0.64 pro PMMA a K = 15.8·10^5 dl/g, α = 0.78 pro PLA. Konvenční kalibrace využila úzkodisperzní PS standardy.

Použitá instrumentace:

• KNAUER HPLC systém (pumpa AZURA P6.1L HPG, autosampler AZURA AS 6.1L, detektor RID 2.1L, termostat CT 2.1),
• GPC kolony AppliChrom StyDiViBe (pre-column 50×8 mm, kolona 300×8 mm, rozsah 500–1.5 MDa),
• ClarityChrom 8.2.3 se SEC/GPC rozšířením,
• Rozpouštědlo EtOAc (>99.8 %), BHT jako marker průtoku (1.5 mg/ml),
• P(D,L)LA standard ~20 kDa (3 mg/ml příprava vzorku).

Hlavní výsledky a diskuse

• Univerzální kalibrace poskytla pro Mn odchylku 8 % a pro Mw 4 % vůči 1H-NMR a certifikátu, zatímco konvenční kalibrace vykázala odchylky nad 100 %.
• Opakovatelnost (6× injekce) dosáhla RSD 0.44 % (Mn) a 0.13 % (Mw); mezní přesnost (3 dny) RSD 0.46 % (Mn) a 0.22 % (Mw), splňující ISO limity (Mn < 3 %, Mw < 2 %).
• Robustnost byla prokázána při změnách teploty ±2 °C, průtoku ±0.2 ml/min, objemu injekce 10–30 µl a koncentrace 0.1–3 mg/ml bez významných trendů a s nízkým RSD.
• Marker BHT umožnil kompenzaci drobných fluktuací průtoku a zlepšil přesnost stanovení retenčních objemů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Přesné a reprodukovatelné stanovení molárních hmotností nízkomolekulárního PLA v ekologičtějším rozpouštědle EtOAc,
• Zvýšenou spolehlivost díky univerzální kalibraci a použití markeru průtoku,
• Rychlou adaptaci v QA/QC laboratořích a výzkumných provozech zaměřených na bioplasty.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metody na širší spektrum biologicky odbouratelných polymerů,
• Vývoj univerzálních kalibrací s vyšší přesností pro různé rozpouštědla,
• Integrace online detektorů (MALS, viskozimetry) pro absolutní stanovení v reálném čase,
• Automatizace a digitální tracking dat pro pokročilou statistickou kontrolu kvality.

Závěr

Intralaboratorní validace potvrdila, že GPC s univerzální kalibrací PMMA v ethylacetátu je spolehlivá, robustní a přesná metoda pro stanovení Mn a Mw nízkomolekulárního PLA. Konvenční kalibrace PS v EtOAc není vhodná kvůli rozdílným hydrodynamickým objemům. Doporučuje se využití markeru průtoku pro kompenzaci provozních fluktuací.

Reference

1. Statista: Světová výroba plastů (2000–2019), online zdroj, 2021.
2. Benoit F., Grubisic Z., Rempp P.: Journal of Polymer Science B 1967, 5, 753.
3. Mori S.: Int. J. Polymer Anal. Charact. 1998, 4, 531–546.
4. ISO 13885-1: Gel permeation chromatography (GPC) – Part 1: THF as eluent, 2020.
5. Eriksson A.: Acta Chem. Scand. 1953, 7, 623–642.
6. Kaitian X. et al.: J. Appl. Polymer Sci. 1996, 59, 561–563.
7. Bruessau R.: Macromol. Symp. 1996, 110, 15–32.