Polymere Materialien (Institut für Technische Chemie und Polymerchemie)

Niederfeld NMR als neuer chemisch sensitiver GPC-Detektor

Wir entwickeln eine Kopplung der Gelpermeationschromatographie (GPC/SEC) von Polymeren mit einem Mittel-Field-NMR-Spektrometer als online-Detektor (Bild 1). Das NMR dient dabei als zusätzliche Informationsquelle die nach der Auftrennung nach Molekülgröße auch Informationen über die chemische Zusammensetzung des Analyten bei einer spezifischen Größe erlaubt. Hierbei wird die chemische Verschiebung (NMR) gegen das Elutionsvolumen (GPC) in einem 2-D-Digramm aufgetragen. Ein Beispiel für PS (Mw = 90 kDa, PDI = 1,08) ist in Bild 2 gezeigt. Die drei charakteristischen Signale des PS sind bei 49 min zu erkennen. Das durchgehende Signal bei 7,25 ppm sind Reste des unterdrückten Lösungsmittels.

Wir verwenden ein bench-top medium resolution FT-NMR Spektrometer mit Permanentmagneten der neusten Generation. Die Feldstärke beträgt 1,4 T (62 MHz 1H). Durch die Nutzung des Permanentmagneten können im Vergleich zu Hochfeldgeräten Investitions- und laufende Kosten minimiert werden. Insbesondere die Nutzung kostenintensiven flüssigen Heliums und Stickstoffs entfällt. Außerdem garantiert das auf Permanentmagneten basierende System eine gewisse Robustheit, Flexibilität und Portabilität, so dass es sich optimal eignet für die industrielle Prozesskontrolle, die Reaktions­kontrolle im Labor sowie für erste Messerfahrungen im Bereich der NMR-Spektroskopie für Neueinsteiger. Allerdings führt die geringere Feldstärke zu einer verringerten Selektivität und Sensitivität im Vergleich zu Anwendungen im Hochfeld. Polymere besitzen jedoch inherent breite 1H Spektral­linien, so dass sie sich als Messsubstanzen für das neu entwickelte Analysegerät gut eignen.  Eine Vielzahl an Polymeren kann mit Hilfe des Niederfeldspektrometers im 20 MHz 1H Spektrum voneinander unterschieden werden.

Auf Seiten der Chromatographie werden so wenig wie möglich Abstriche gemacht. Es wird wegen der Kosten und Einfachheit mit nicht-deuterierten Lösungsmitteln gearbeitet und das Lösungsmittelsignal durch Pulssequenzen und mathematisch unterdrückt. Es werden präparative Säulen verwendet und diese mit typischen Konzentration von ca. 2 g/L Analyt beschickt ohne dass die Separation der GPC geschwächt wird. Aktuell wird Chloroform als Lösungsmittel verwendet, da dieses ein geeignetes spektroskopisches Fenster aufweist.