CROMATOGRAFIA DI ESCLUSIONE STERICA

Questa pagina riguarda il modo in cui misuriamo il peso molecolare dei polimeri. Prima di leggere questa pagina, è meglio leggere la pagina sul peso molecolare. Se non l'avete ancora letta potete farlo cliccando qui. Poi tornate qui e leggete questa pagina stupenda.
Avete letto tutti la pagina sul peso molecolare? Lo avete fatto, vi è piaciuta moltissimo e avete pensato che fosse la più bella pagina mai letta? Grande!
Ricordate che quando si tratta di un polimero non parliamo di un singolo peso molecolare ma di una distribuzione dei pesi molecolari, come si può vedere nella figura.
La cosa migliore da fare è parlare di un peso molecolare medio, e descrivere la distribuzione dei pesi molecolari intorno ad una media. In Italiano ciò significa calcolare quante molecole di polimero in un campione hanno effettivamente il peso molecolare medio, quante hanno un peso superiore, quante inferiore e di quanto.

Numero di molecole

                                Peso molecolare

E' un grafico molto utile, certamente, ma come si ottiene un grafico di questo genere? Lo otteniamo usando la SEC. Ora se per voi SEC sia l'abbreviazione di "Sistema Ecologico per il Combustibile ", o per quelli che seguono la NBA, stia per "South Eastern Conference", o, ancora, sia l'aabreviazione di "secolo" o "secondo", siete fuori strada! E' l'abbreviazione in inglese di Cromatografia di Esclusione Sterica (size exclusion chromatography).
Come funziona questa favolosa tecnica? Sono necessarie alcune spiegazioni, prima si dissolve il polimero, di solito in un solvente chiamato tetridrofurano, o THF abbreviato.

Cliccate sulla molecola se volete vederla in 3-D!

Successivamente si prende questa soluzione del polimero e si spara in un tubo. Questo tubo viene chiamato colonna anche se non è diritto e verticale, ma avvolto a spirale. Non è un tubo qualsiasi. E' un tubo pieno di piccolissimi granuli.
Non si tratta di granuli qualsiasi. I granuli sono di polistirene reticolato. E' reticolato per evitare che si dissolva nel THF. Inoltre i granuli presentano piccolissimo fori chiamati pori. I pori hanno diverse dimensioni. Alcuni sono grandi altri sono piccini.
E' importante saperlo perché la SEC non funzionerebbe se i fori avessero tutti la stessa misura. I fori devono avere misure differenti. Quando la soluzione di polimero viene sparata nella colonna le molecole di polimero vengono sviate dal loro percorso. Le catene vengono catturate dai fori dei granuli. Non rimarranno lì per sempre. Una molecola di polimero verrà catturata da un foro, poi uscirà, andrà un po’ giù nel tubo e catturata successivamente da un altro poro. Rimarrà lì per un momento, uscirà, viaggerà ancora un po’ fino a quando non trova un altro poro …….avete capito come. Alla fine raggiungerà l'estremità della colonna.
Alla fine. Ma la fine non si verifica nello stesso momento per tutte le molecole di polimero. Quello che sto cercando di dirvi è che alcune molecole di polimero impiegano più tempo di altre ad attraversare la colonna. Le grandi molecole di polimero con maggiore peso molecolare non possono passare attraverso alcuni dei pori più piccoli Poiché sono pochi i pori in cui possono essere catturate le molecole grandi, le stesse attraverseranno la colonna molto in fretta. Le molecole di polimero più piccole con minore peso molecolare possono passare nei pori piccoli. Poiché possono passare attraverso diversi pori, vengono catturate dagli stessi, ovviamente. Impiegano più tempo ad attraversare la colonna.

Può essere utile pensare ad un adulto ed un bambino che camminano in un negozio di giocattoli. L'adulto passerà molto velocemente, ma il bambino rimarrà distratto da tutti i giochi favolosi che vede, fermandosi a guardare e a giocare con ognuno di essi. Il bimbo impiegherà molto più tempo ad attraversare il negozio in confronto al tempo impiegato dall'adulto. I polimeri agiscono nello stesso modo. I più grandi passano attraverso la colonna senza essere interessati ai pori dei granuli, ma i piccolini, essendo curiosi, devono fermarsi per provare ogni piccolo poro. Le molecole grandi passano attraverso la colonna molto più velocemente di quelle piccole.

Numeriamole

Quando un cromatografo di esclusione sterica (è il nome della macchina utilizzata per la SEC) è calibrato correttamente, possiamo sapere il peso molecolare del polimero basandoci solo sul tempo necessario per passare o eluire attraverso la colonna. Inoltre ci sono dispositivi che possono contare quante molecole di polimero arrivano alla fine della colonna in un certo momento. Si può quindi realizzare un grafico del tempo sull'asse-x ed il numero delle molecole di polimero che arrivano in certo momento, (tempo) sull'asse-y:

Ricordate più è alto il peso molecolare più è breve il tempo necessario al polimero per passare attraverso la colonna. Su questo grafico il peso molecolare decresce da sinistra a destra. E' esattamente l'opposto di quanto uno si aspetti, state attenti e ricordatevene quando osservate i grafici SEC.
Nel caso in cui vi stiate chiedendo a cosa assomiglia questa stupenda cromatografia di esclusione sterica ecco una foto di Kevin, un giovane e straordinario chimico specializzato in polimeri che sta lavorando ad una SEC. La colonna è nella piccola scatola nera dietro la sua testa. Quella scatola grigia a sinistra è la pompa che spara la soluzione di polimero attraverso la colonna.

Svantaggi

Esiste un inconveniente nella SEC. Con la SEC non misuriamo la massa come volume idrodinamico delle molecole di polimero, ossia quando spazio una particolare molecola di polimero occupa quando è nella soluzione. Con i dati ottenuti dalla SEC si può avere un'approssimazione del peso molecolare in quanto si conosce la relazione esatta tra il peso molecolare ed il volume idrodinamico per il polistirene e si utilizza il polistirene come riferimento standard. Il rapporto tra il volume idrodinamico ed il peso molecolare non è lo stesso per tutti i polimeri quindi si ottengono solo delle misurazioni approssimative.
Non perdete le speranze. Esiste un nuovo metodo in grado di misurare le medie del peso molecolare e le distribuzioni del peso molecolare in modo molto preciso. Andate a leggere la pagina relativa a questo metodo. Viene chiamata spettrometria di massa mediante desorbimento laser e ionizzazione assistita dalla matrice (MALDI).

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