Esta página trata sobre cómo medir el peso molecular de los polímeros. Pero antes de leerla, sería conveniente que usted leyera primero la página del peso molecular. Si no la leyó, puede acceder a ella haciendo clic aquí. Luego vuelva y lea esta maravillosa página.

¿Todos leyeron la página del peso molecular? Bien, sigamos.

Recuerde que cuando hablamos de un polímero, no nos referimos a un solo peso molecular, sino a una distribución de pesos moleculares, como usted puede ver en el gráfico de abajo. Lo mejor que podemos hacer es hablar de un peso molecular promedio y describir la distribución de pesos moleculares alrededor del promedio. Eso significa contar cuántas moléculas de polímero tienen realmente el peso molecular promedio, cuántas tienen peso superior o inferior al promedio y en qué cantidad.

Esa es exactamente la información que nos brinda la figura. Nos da el peso molecular promedio en número Mn en la parte superior de la curva, cuántas moléculas de polímero existen en realidad con ese mismo peso molecular y cuántas moléculas existen a distintos pesos moleculares.

Este es un gráfico sumamente útil, por cierto, ¿pero cómo se obtiene? Lo obtenemos empleando la SEC, es decir una abreviatura en inglés que significa Cromatografía por Exclusión de Tamaño.

¿Y cómo funciona esta técnica fabulosa? Debemos explicarlo un poco: Primero se disuelve el polímero, generalmente en un solvente llamado tetrahidrofurano, o THF. Si desea verlo en 3-D, haga clic sobre la molécula. Luego tomamos la solución del polímero y la inyectamos a través de un tubo. Llamamos columna a este tubo, aún cuando esta no sea recta ni vertical, sino enrollada como un ovillo espiralado. Claro que ésto no es cualquier tubo. Está relleno con pequeñísimas bolitas.

Estas bolitas tampoco son comunes. Están constituidas por poliestireno entrecruzado. Se encuentra entrecruzado para que no lo disuelva el THF. A su vez las bolitas contienen diminutos agujeros o poros. Los poros son de distintos tamaños. Algunos son grandes agujeros, mientras que otros son extremadamente pequeños.

Esto es importante tenerlo en cuenta, ya que la SEC no funcionaría si los agujeros fuesen todos del mismo tamaño. Todos tienen que ser de distintos tamaños. La explicación es esta: cuando usted inyecta la solución de polímero dentro de la columna, las moléculas del mismo se verán muy entretenidas en su camino. Las cadenas quedarán atrapadas dentro de los agujeros de las bolitas. Sin embargo, no se quedarán allí por mucho tiempo. Una molécula quedará atrapada en un agujero, luego saldrá, avanzará un poco por el tubo y quedará atrapada en otro poro. Quedará retenida allí por un momento, luego saldrá, viajará un poco más a lo largo del tubo hasta encontrar otro agujero que le apetezca... y así sucesivamente. Finalmente, avanzará hacia el extremo de la columna.

Finalmente. Pero ese punto final no ocurre al mismo tiempo para cada molécula del polímero. Lo que trato de decir es que algunas moléculas demorarán más que otras en emerger de la columna. Las moléculas grandes, con elevados pesos moleculares, no pueden entrar en algunos de los agujeros más pequeños. Dado que hay menos poros en los que las grandes moléculas puedan quedar retenidas, estas avanzan a través de la columna sumamente rápido. Pero las moléculas más pequeñas con pesos moleculares menores, sí pueden quedar retenidas en los poros pequeños. Dado que pueden penetrar en una mayor cantidad de poros, obviamente quedan atrapadas en más poros. Esto hace que demoren más tiempo en salir de la columna.

Para comprenderlo mejor, piense en un adulto y un chico recorriendo una juguetería. El adulto lo hará rápidamente, pero el chico se va a entretener con los juguetes, deteniéndose para verlos y jugar con cada uno de ellos. Seguramente, sacar al chico de la juguetería costará mucho más que sacar al adulto. Los polímeros son iguales. Los más grandes siguen su camino a lo largo de la columna sin demostrar interés por los poros de las bolitas, pero los más pequeños son más curiosos y se detienen para probar cada poro diminuto. Por lo tanto las moléculas grandes pasan a través de la columna mucho más rápido que las pequeñas.

Colocando números

De hecho, cuando un cromatógrafo por exclusión de tamaño (así llamamos al aparato que usamos para realizar una SEC) está correctamente calibrado, podemos conocer el peso molecular de un polímero basándonos en el tiempo que le lleva pasar, o eluir a través de la columa. Y lo que es más, tenemos detectores que pueden registrar cuántas moléculas poliméricas están saliendo de la columna a un tiempo dado. Por lo tanto, podemos hacer un gráfico que registre el tiempo en el eje x y el número de moléculas emergiendo de la columna a un tiempo dado en el eje y: Puesto que podemos calcular el peso molecular a partir del tiempo de elución, también es posible modificar este gráfico colocando el peso molecular en el eje x y el número de moléculas con un determinado peso molecular en el eje y: Recuerde que cuando mayor sea el peso molecular, menor será el tiempo que tarde la molécula polimérica en atravesar la columna. Por lo tanto en este gráfico, el peso molecular decrece de izquierda a derecha. Esto es justamente lo contrario de lo que usted podría esperar, de modo que sea cauteloso y téngalo en mente cuando observe un gráfico de SEC.

En el caso que se esté preguntando cómo es un cromatógrafo por exclusión de tamaño, decidí incluir una foto de Kevin, un joven sobresaliente en química de polímeros, trabajando en uno. La columna se encuentra dentro de la pequeña caja negra sobre su cabeza y la caja gris en el extremo izquierdo es la bomba que inyecta la solución polimérica dentro de la columna.

Desventajas

Hay una desventaja con la SEC. En realidad en la SEC no medimos masa sino el volumen hidrodinámico de las moléculas poliméricas, es decir, el espacio que ocupa una molécula particular cuando se encuentra en solución. A partir de la SEC podemos hacer una aproximación al peso molecular, puesto que conocemos la relación exacta entre peso molecular y volumen hidrodinámico para el poliestireno y usamos poliestireno como standard. Pero la relación entre volumen hidrodinámico y peso molecular no es la misma para todos los polímeros, de modo que sólo obtenemos una medición aproximada.

Pero no pierda las esperanzas. Existe un nuevo método capaz de medir los pesos moleculares promedio y las distribuciones de peso molecular con gran exactitud. Léalo. Se llama espectroscopía de masa laser de desorción/ionización asistida por matriz.

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