测量聚合物分子量的方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合物质量分析的方法，该方法通过测量聚合物在高介电常数的溶剂中电雾化所产生的电荷减少的离子的迁移率而确定聚合物的分子量。通过电雾化形成的聚合物离子携带一定量的与其长度和质量成正比的电荷。在放射性源的作用下，所得的聚合物离子的电荷数减少至１。然后采用高分辨率的差示迁移率分析仪（ＤＭＡ）测量电荷减少的聚合物离子的迁移率分布。利用窄分布的聚合物质量标准物测定聚合物的迁移率Ｚ与其质量ｍ之间的关系Ｚ（ｍ）。根据本发明专利技术的方法分析的聚合物包括重均分子量在１－５００，０００ｋＤ的水溶性聚合物和水不溶性聚合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。更特别地，本专利技术涉及一种聚合物质量分析的方法，该方法通过测量聚合物在高介电常数的溶剂中电雾化所产生的电荷减少的离子的迁移率而确定聚合物的分子量。测定聚合物的分子量分布是聚合物表征的一个重要方面。测定聚合物分子量分布(MWD)的常规方法是利用凝胶渗透色谱法(GPC)，该方法与一些MWD被准确测定的聚合物参比相关。然而，许多聚合物的分子量分布不能利用GPC测定。为了使用GPC成功测定MWD，聚合物必须溶解在与GPC柱填充材料相容的溶剂中，并且必须避免与填充柱的吸附相互作用。质谱(MS)是另一种测定聚合物MWD的方法。质谱法的一个优点在于所测定的聚合物分子量轴的数据是绝对值。然而，工业上重要聚合物的平均分子量和MWD的质谱测定不如生物高分子的质谱测定成功。产生的聚合物离子经常具有一个电荷状态(z)的范围。因为离子是根据其m/z比被分离，当电荷状态(z)的范围与待分析聚合物宽的MWD相互缠绕，结果会出现严重的光谱重叠。一旦平均分子量超过约10,000道尔顿，这种重叠经常会导致不可能准确测定聚合物的MWD。美国专利申请公开No.2003/0136680 A1公开了一种分析生物颗粒尺寸分布的方法，该方法对生物颗粒的离子迁移率进行分析。然而，该专利申请没有公开、教导或建议，基于颗粒的迁移率，测定生物颗粒或聚合物分子量分布的方法。而且，不同于聚合物，典型的生物颗粒是单分散的，并且不会产生簇离子。此外，对于生物颗粒而言，光谱重叠问题实际上是不存在的，而且多电荷不仅不是测量的阻碍，还经常为质量超过质量分析仪范围而其m/z比(由于多电荷)未超过的颗粒提供有利条件。所以，希望提供一种利用高分辨率的差示迁移率分析仪测定聚合物分子量分布的方法，其中获得的聚合物颗粒尺寸的高分辨率范围是2-100纳米(nm)，聚合物离子的迁移率(Z)与聚合物的质量(m)相关。也希望通过产生参比聚合物的分子簇，其包括单分子n＝1、二聚体n＝2、六聚体n＝6和更高的多聚体，来扩大可获得的参比聚合物的分子量范围。这种方法可以为分子量从数千道尔顿(相应于2-3nm的聚合物粒度)跨越至数亿道尔顿(相应于15-100nm的聚合物粒度)，而且分子量分布不能利用包括GPC和MS的常规方法测定的工业用聚合物提供一种从未有过先例的质量分析方法。本专利技术人已经发现了一种通过测量水溶性聚合物和利用高介电常数溶剂的水不溶性聚合物电雾化所产生的电荷减少的离子的迁移率而对聚合物进行质量分析的方法。电雾化过程中产生的聚合物离子携带着一定量的电荷，电荷的数量正比于聚合物离子的长度并从而正比于聚合物离子的质量。利用放射性源将产生的聚合物离子上的电荷数减少至接近于一(unity)的数值。然后在高分辨率的差示迁移率分析仪(DMA)中测量电荷减少的聚合物离子的迁移率分布。相比于窄分布的聚合物质量标准物，确定聚合物的迁移率Z与其质量m之间的关系Z(m)。本专利技术人也发现通过产生包括1至n个聚合物参比标准物分子的簇离子使所分析的聚合物的分子量范围扩大了n(Mw)倍。因此，本专利技术提供一种测量聚合物分子量分布的方法，其包含以下步骤(a)使聚合物和一种或多种参比聚合物电雾化；(b)利用高分辨率的差示迁移率分析仪测量聚合物和一种或多种参比聚合物的离子迁移率分布；和(c)根据相应所测量的聚合物的离子迁移率计算聚合物质量，与一种或多种参比聚合物比较获得聚合物的分子量。根据一个实施方案，测量多个具有不同分子质量(分子量)的参比聚合物的离子迁移率。根据另一个实施方案，测量由具有严格限定分子质量的参比聚合物所产生的一系列1至n种簇离子的离子迁移率。在仍然另一个实施方案中，测量两种或多种具有不同分子质量的参比聚合物所产生的一系列1至n种簇离子的离子迁移率。本专利技术提供一种标定聚合物的离子迁移率和其相应的聚合物质量(分子量)关系的方法，其包含以下步骤(a)获得一种或多种具有不同分子质量的参比聚合物；(b)利用差示迁移率分析仪测量每一参比聚合物的离子迁移率；(c)由所测量的迁移率分布计算参比聚合物的粒径；和(d)在限定的质量范围内，获得聚合物粒径d(Z)或聚合物颗粒的迁移率(Z-1/2)与聚合物质量(m)1/3的关系曲线。本专利技术也提供一种标定聚合物的离子迁移率和其相应的聚合物质量(分子量)的关系并且利用电雾化离子迁移率分析扩大聚合物质量(分子量)范围的方法，其包含以下步骤(a)获得一种具有窄分子量分布的参比聚合物；(b)由参比聚合物产生一系列n种簇离子，并且利用差示迁移率分析仪测量每一种簇离子的离子迁移率；(c)由所测量的迁移率分布计算参比聚合物和相应的簇离子的粒径；和(d)在扩大的质量范围n(m)内，获得聚合物粒径d(Z)或聚合物颗粒的迁移率(Z-1/2)与聚合物质量(m)1/3的关系曲线。如在这里所使用的，道尔顿是原子质量的单位，其等于碳原子最大量存在的原子质量为12的同位素(12C)的质量的1/12；1道尔顿＝1原子质量单位(amu)。根据本专利技术分析的聚合物包括重均分子量在1千道尔顿(kD)-500,000kD的水可溶和水不溶的聚合物二者。如在这里所使用的，术语“水可溶”，当用于描述聚合物时，表示聚合物的溶解度为至少1g/100g水，优选至少10g/100g水，更优选至少约50g/100g水。术语“水不溶”，当用于描述聚合物时，表示聚合物具有小于1g/100g水的低的或非常低的水中溶解度。如在这里所使用的，术语“簇离子”表示一系列由初级参比聚合物质量标准物所产生的内在相关的物质，其包括初级参比聚合物质量标准物的1(单分子)-n个分子(例如，n＝6，表示六聚体)。簇离子的数目随液滴中聚合物的浓度而改变。产生簇离子的优点在于使质量范围扩大了n(m)倍。例如，50kD聚乙二醇(PEG)单分子具有与12kD的PEG的四聚体(4×12kD＝48kD)相当的迁移率、质量和密度测量值。根据本专利技术的方法，利用电雾化源(ES)，也称作电雾化装置(美国专利No.5,873,523)和电雾化液滴发生器(美国专利申请公开No.2003/0136680 A1)，来对水溶性聚合物和水不溶性聚合物进行电雾化。本专利技术使用的电雾化装置设计上与Kaufman等在Analytical Chem.，第68卷，第1895-1904页(1996)所描述的装置相似。相似的可以商购获得的电雾化液滴发生器是TSI Model 3480电雾化气溶胶发生器(TSI Inc.，St.Paul，Minnesota)。可供选择的另一种电雾化装置描述于美国专利No.5,873,523。ES由包括水溶性聚合物和水不溶性聚合物作为待分析物的导电溶液产生均匀的、纳米大小的电雾化产物。术语“电雾化产物”表示具有明确限定的尺寸分布的液滴(和气溶胶)，通过经由毛细管加入具有足够导电率的液体，同时相对于放置在距离所述毛细管特定距离处(厘米，cm-毫米，mm)的参比电极保持数千伏(kV)的电势来产生所述的液滴和气溶胶。术语“气溶胶”表示纳米(nm)大小的、以液滴的形式悬浮在空气中的待分析物的溶液，其包括分散液和悬浮液。在来自ES施加的较大静电电势的条件下，本专利技术所产生的电雾化产物是含有溶解的聚合物、具有明确限定的尺寸分布的溶剂液滴。术语“待分析物”表示溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定聚合物分子量分布的方法，其包括以下步骤：（ａ）对聚合物和一种或多种参比聚合物进行电雾化；（ｂ）利用高分辨率差示迁移率分析仪测量聚合物和一种或多种参比聚合物的离子迁移率；和（ｃ）由相应所测量的聚合物离子迁移率计 算聚合物分子量，与一种或多种参比聚合物比较获得聚合物的分子量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JN亚历山大四世，DA索西，
申请(专利权)人：JN亚历山大四世，DA索西，
类型：发明
国别省市：US[美国]