GPCの原理と解析

GPCの原理とデータ解析について紹介します

原理

サイズによる溶出速度の差

固定相として用いる充填剤の細孔を利用し、試料分子を分子サイズの大きいものから順に分離するもので、サイズ排除クロマトグラフィー（SEC）とも呼ばれる。

左図のように、分子サイズの大きいものはゲル表面の細孔への浸透が少なく、小さい分子よりも早くカラム中を移動して溶出する。

このように、分子サイズ別に分離溶出させ、溶媒のみと試料溶液の屈折率の差(RI)や官能基の吸収(UV)などを用いて、濃度を検出すると、分子の分布が得られる。
得られるチャート

分析条件

GPC測定で得られる結果は、分析条件によって異なる相対値ですので、溶離液やカラムの種類、温度、標準物質といった条件を適切に選択して行います。弊社には3台の装置があり、以下のような条件での測定が可能です。

溶離液

カラム
(3本連続)

温度
(℃)
分子量標準物質
塩
測定対象例 (1例として)
THF
KF-806L
40
ポリスチレン
-
ポリカーボネート
クロロホルム
K-806L
35
-
ポリ乳酸
トルエン
LF-804
50
-
シリコーン
DMF

KD-802
KD-806(2)

50
ポリエチレングリコール

LiBr
(10 mM)

ポリエーテルサルホン
HFIP
HFIP-803
HFIP-806M(2)
40
ポリメチルメタクリレート

CF3COONa
(5 mM)

ポリエチレンテレフタレート
ポリアミド

＜溶離液＞
GPC測定で最も一般的に使用される溶離液はテトラヒドロフラン、次いでクロロホルムです。
弊社では上記の他に、トルエン、DMF、HFIPを用いた測定を行っています。
DMFは極性ポリマー（メラミン樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリイミド類など）の分析に適しており、HFIPはポリアミド（ナイロン）、PETなどのエンジニアリングプラスチックが常温で測定可能です。

＜カラム＞
GPCに使用するカラムは、充填剤の粒径により排除限界分子量（測定できる分子量の最大値）があり、各カラムの較正曲線から測定可能範囲を知ることができます。弊社使用のカラムのうち、KF-806L（THF用）、K-806L（クロロホルム用）は、リニアカラム（較正曲線が広範囲で直線性を示すカラム）であるため、高分子量〜低分子量の広い領域の測定が可能です。その他は、高分子用カラム（806シリーズ）と低分子用カラム（802、803シリーズ）を併用しています。

解析　〜微分分子量分布曲線〜

GPC測定結果として、SECクロマトグラム、微分分子量分布曲線が得られます。2つのグラフは似た形をしていますが、異なる意味をもっています。 SECクロマトグラムがx軸に保持時間、y軸に記録計の応答をとった、実測値を表したグラフであるのに対し、微分分子量分布曲線はそれを規格化し、検量線を反映させたグラフで、条件のことなるクロマトグラムの比較が可能です。

SECクロマトグラム
 微分分子量分布曲線
保持時間 X軸 log (M(分子量))
記録応答計強度 Y軸

dW/d(logM)
SECのクロマトグラムを規格化したもの
×
検量線を反映する値

保持時間毎に検出した実測値 説明 カラムの種類や組み合わせが異なる場合も
実測値を規格化し、検量線を反映させたグラフ

解析　〜平均分子量値〜

GPC測定により得られた分子量分布から、MnやMwといった平均分子量がわかります。異なる計算方法によって求められる平均分子量値には、以下のような特長があり、一般的に、Mz+1>Mz>Mw>Mn>　という関係が成り立ちます。