ГОСТ 33402-2015 Методы испытаний химической продукции, представляющей опасность для окружающей среды. Определение низкомолекулярной массы полимеров методом гель-проникающей хроматографии

ГОСТ 33402-2015 Методы испытаний химической продукции, представляющей опасность для окружающей среды. Определение низкомолекулярной массы полимеров методом гель-проникающей хроматографии

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

ГОСТ

33402-

2015

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕЙ ОПАСНОСТЬ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Определение низкомолекулярной массы полимеров методом гель-проникающей хроматографии

(OECD, Test No. 119:1996, MOD)

Издание официальное

Москва

Стенда ртмнформ 2016

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандарт тизации установлены ГОСТ 1.0—92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2—2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации 339 «Безопасность сырья. материалов и веществ» на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного документа, указанного в пункте 5

2 8НЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстан-

Дарт)

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 22 июля 2015 г. N9 78-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 октября 2015 г. № 1530-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33402—2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 сентября 2018 г.

5 Настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному документу OECD Test N9 119:1996 Determination of the tow motecular weight content of a polymer using gel permeation chromatography (Определение низкомолекулярной массы полимеров методом гель-проникающей хроматографии) путем изменения структуры. Сравнение структуры международного документа со структурой настоящего стандарта приведено в дополнительном приложении ДА.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования международного документа для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (пункт 3.5).

Перевод с английского языка (еп).

Степень соответствия — модифицированная (MOD)

8 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется е ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — е ежемесячном информационных указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также е информационной системе общего пользования — на официальном сайлю Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ.2016

В Российской Федерации настоящий стандартне может быть полностью или частично воспроизведен. тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

Приложение А (рекомендуемое) Указания по внесению поправки на присутствие нерастворимых

Приложение ДА (справочное) Сравнение структуры международного документа со структурой

in

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ. ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕЙ ОПАСНОСТЬ

ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Определение низкомолекулярной массы полимеров методом гель-лроникающей

хроматографии

Testing of chemicals of environmental hazard. Determination of the low molecular weight content of a polymer using gel

permeation chromatography

Дата введения — 2016—00—01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод определения содержания низкомолекулярных фракций а полимерах с использованием гель-лроникающей хроматографии.

2 Общие сведения

2.1 Полимерные молекулы существенно различаются по своим свойствам. В связи сэтим. невозможно разработать один универсальный метод, точно устанавливающий условия разделения и оценки полимерных молекул и предусматривающий все возможные варианты и особенности их поведения. В частности, сложные полимерные системы часто не поддаются анализу с помощью гель-лроникающей хроматографии (ГПХ). Если ГПХ не применима, то содержание низкомолекулярных фракций в полимерах определяют с использованием других методов. В таких случаях в отчете о проведении испытания указывают полную информацию и приводят обоснование используемого метода.

2.2 Метод, представленный в настоящем стандарте, основан на стандарте DIN 55672 [1]. Подробная информация о процедуре испытания и оценке результатов приведена в указанном стандарте. Любые изменения условий испытания должны быть обоснованы.

2.3 В представленном методе в качестве стандартного вещества используются образцы полистирола сизвестной полидисперсностью. Кроме того, полистирол может быть модифицирован для получения структур, соответствующих определенным полимерам, например, водорастворимым и длинноцепочечным разветвленным полимерам.

3 Исследуемые показатели и единицы измерения

3.1 Среднечисловая молекулярная масса М„ и среднемассовая молекулярная масса ^вычисляются по соотношениям:

(1)

(2)

0

4, = ^—

J-I

Ч

U = »-«

^М«* п

2>.

Г-1

где Н, — уровень сигнала детектора по сравнению с базовой линией для объема удерживания V,\ М, — молекулярная масса фракции полимера при объеме удерживания V-, п — число информационных точек.

Издание официальное

3.2 Ширина молекулярно-массового распределения, которая является показателем дисперсности системы, определяется соотношением MJM_n.

3.3 Низкая молекулярная масса условно определяется как молекулярная масса менее 1000Дальтон.

4 Стандартные вещества

Поскольку гель-проникающая хроматография является относительным методом, то необходимо проводить калибровку. Как правило, в качестве стандартного вещества используют полистирол с распределением в узком интервале и линейным строением с известными средними молекулярными массами М_п и M_w и известным молекулярно-массовым распределением. Калибровочную кривую используют для определения молекулярной массы пробы неизвестного полимера, только если условия разделения пробы и стандартного вещества являются идентичными. Определяемое соотношение между молекулярной массой и объемом удерживания действительно только для конкретных условий индивидуального испытания. Условия, прежде всего, включают температуру, растворитель {или смесь растворителей), условия хроматографирования и разделительную колонку или систему колонок. Молекулярные массы проб, определенные таким образом, яеляютсяотносительными значениямииописыеа-ются, как «эквивалентные полистиролу молекулярные массы». Это означает, что в зависимости от структурных и химических различий между пробой и стандартным веществом, молекулярные массы могутв большей или меньшей степениотличаться от абсолютных значений. Использование другихстан* дартных веществ, например полиэтиленгликоля, лолиэтиленоксида. полиметилметакрилата, полиакриловой кислоты, должно быть обосновано.

5 Принцип метода

5.1 Гель-проникающая хроматография представляет собой особый тип жидкостной хроматографии. в котором проба разделяется соответственно гидродинамическому объему отдельных компонентов [2]. Разделение проводится по мере прохождения пробы через колонку, заполненную пористым материалом, обычно органическим гелем. Небольшие молекулы проникают через поры, в то время как крупные молекулы задерживаются. Путь крупных молекул короче, поэтому они элюируются первыми. Молекулы со средним размером проникают через некоторые поры и элюируются позднее. Самые маленькие молекулы со средним гидродинамическим радиусом меньше, чем поры геля, проникают через поры и элюируются последними.

5.2 Теоретически разделение регулируется только размером молекул, но на практике трудно избежать влияния некоторых эффектов абсорбции. Неоднородная упаковка колонки и мертвые объемы могут ухудшить разделение [2].

5.3 Детектирование проводится, например, по показателю преломления или УФ-логлощению элюата. и дает кривую нормального распределения молекулярной массы. Однако, для нанесения фактических значений молекулярной массы на кривую следует откалибровать колонку пропусканием полимеров с известной молекулярной массой и структурой, аналогичной структуре исследуемого полимера, например различных образцов полистирола. Как правило, получается кривая Гаусса, иногда искаженная небольшим хвостом за счет присутствия низкомолекулярных фракций, с вертикальной осью, указывающей количество по массе различных элюированных молекул с разной массой, и горизонтальной осью, указывающей логарифмические значения молекулярной массы. Содержание низкомолекулярных фракций определяют по этой кривой. Расчет является точным, если содержание молекул с низкой молекулярной массой эквивалентно массе полимера в целом.

6 Достоверность испытания

Воспроизводимость (относительное стандартное отклонение) объема удерживания должна быть ниже 0.3 %. Требуемая воспроизводимость анализа может быть обеспечена путем корректировки с использованием стандартного вещества, если хроматограмма оценивается в зависимости от времени и не соответствует указанному выше критерию [1).

Характерные значения молекулярной массы и полидисперсности стандартов полистирола представлены в таблице 1.

Таблице 1 — Характерные значения молекулярной массы и соотношения MJM* для образцов полистирола

Примечание — Значение М_р является значением молекулярной массы образца в максимуме лика.

7 Описание испытания

7.1 Приготовление стандартных растворов полистирола

7.1.1 Образцы полистирола растворяют в выбранном растворителе (элюенте) при тщательном перемешивании. При приготовлении растворов следует соблюдать рекомендации изготовителя образ* цов.

7.1.2 Концентрации используемых стандартных растворов выбирают в зависимости от различных факторов, например инжектируемого объема, вязкости раствора и чувствительности детектора. Макси* мальный инжектируемый объем следует подбирать с учетом длины колонки во избежание ее перегруз* ки. Типичные инжекгирумые объемы для аналитического разделения при использовании ГПХ для колонок размерами 30 х 7.6 мм обычно находятся в пределах от 40 до 100 мкл. Возможно использование бульших объемов, но не превышающих 250 мкл. Следует определить оптимальное соотношение между инжектируемым объемом и концентрацией стандартного раствора перед фактической калибровкой колонки.

7.2 Приготовление исследуемых растворов

8 общем случае процедура приготовления исследуемых растворов аналогична процедуре приготовления стандартных растворов. Пробу исследуемого полимера растворяют в подходящем растворителе. например тетрагидрофуране (ТГФ). при тщательном перемешивании. Растворение нельзя проводить на ультразвуковой баке. При необходимости приготовленный раствор очищают пропусканием через мембранный фильтр с размером пор в диапазоне от 0.2 до 2 мкм. Если в приготовленном растворе присутствуют нерастеоренные частицы, то это следует указать в отчете о проведении испытания, поскольку такие частицы могут являться молекуламис высокой молекулярной массой. Для определения процентного содержания нерастворенных частиц по массе используют соответствующий метод. Приготовленные растворы можно использовать в течение 24 ч.

7.3 Поправка на содержание примесей и добавок

Как правило, необходимо проводить корректировку для учета содержания неполимеркых компонентов {например, примесей и/или добавок) в низкомолекулярной фракции (М < 1000) исследуемого полимера. Поправка вносится, только если измеренное содержание низкомолекулярной фракции составляет > 1 %. Для внесения поправки используют прямой анализ исследуемого раствора или элюа-та. полученного после прохождения колонки. 8 тех случаях, когда элюат является слишком разбавленным для дальнейшего анализа, то следует провести его концентрирование. Концентрирование может проводиться путем выпаривания элюата и повторного растворения сухого остатка. Условия, при которых проводится концентрирование, не должны вызывать изменения элюата. Обработка элюата после прохождения колонки зависит от выбранного метода количественного определения.

7.4 Оборудование

7.4.1 Хроматограф для гель-проникающей хроматографии включает в себя следующие элементы:

- резервуар для растворителя:

• дегазатор (при необходимости);

• насос;

• гаситель пульсации (при необходимости);

• система инжектирования;

• хроматографические колонки;

- детектор:

• расходометр (при необходимости);

• система для регистрации и обработки данных:

з

• сливной резервуар.

7.4.2 Необходимо гарантировать инертность системы по отношению к используемому раствори* телю (например, за счет использования стальных капилляров при применении ТГФ).

7.5 Инжектирование и система подачи растворителя

Определенный объем исследуемого раствора загружают в колонку на четко ограниченную зону, вручную или используя автосамплер. При внесении пробы вручную слишком быстрое движение или ослабление поршня шприца может привести к погрешности в измерении молекулярно-массового распределения. Система подачи растворителя должна быть, насколько это возможно, свободной от пульсаций. в наилучшем случае, система должна быть снабжена гасителем пульсации. Скорость потока должна составлять порядка 1 мл/мин.

7.6 Колонка

Испытание проводится с использованием одной колонки или нескольких последовательно соединенных колонок. В качестве материала для колонки (колонок) могут использоваться пористые материалы, характеризующиеся определенными свойствами (например, размер пор. предел эксклюзии). Выбор материала или длины колонки зависит от свойств исследуемого полимера (гидродинамический объем, молекулярно-массовое распределение) и конкретных условий, используемых для разделения, таких как растворитель, температура и скорость потока (1), (2), [3].

7.7 Число теоретических тарелок

Колонку или систему колонок, используемых для разделения, следует охарактеризовать по числу теоретических тарелок. 8 случае использования ТГФ в качестве элюента. число теоретических тарелок определяют при загрузке раствора этилбензола или другого подходящего неполярного растворителя в колонку с известной длиной. Число теоретических тарелок вычисляют по соотношению.

N * 5.54

N*16

или

где N — число теоретических тарелок;

V_в — объем удерживания в максимуме пика;

W — ширина лика у основания; lV_1/2 — ширина пика на половине высоты.

7.8 Эффективность разделения

7.8.1 В дополнение к числу теоретических тарелок, которое является величиной, характеризующей пропускную способностьколонки. также оцениваютэффективностьразделения. которую определяет крутизна калибровочной кривой. Эффективность разделения колонки вычисляют по соотношению:

_^VcM* "Ч.ПО-М,)

Площадь поперечного сечения

*6,0

(5)

где V_eMt — объем удерживания для полистирола с молекулярной массой М_х\

l£_i(10Af , — объем удерживания для полистирола с молекулярной массой, большей в 10 раз.

7.8.2 Разрешающая способность R колонки (системы колонок) вычисляется по формуле

— 2 • __]_ (6)

^1,2 Wi*w₂ iog₁₀(W₂/M,)'

гдеУ_в1. V_e — объемы удерживания для двух стандартов полистирола в максимуме пика;

W_VW₂ — ширина пиковуоснования;

M_VM₂ — молекулярные массы в максимуме пика (должны различаться в 10 раз).

7.8.3 Значение R системы колонок должно быть выше 1.7 (4].

7.9 Растворители

Все растворители должны быть высокочистыми (при использовании ТГФ его чистота должна составлять 99,5 %). Резервуар для растворителя (если необходимо, в атмосфере инертного газа) должен быть достаточно большим для калибровки колонки и анализа нескольких л роб. Растворитель следует дегазировать перед его подачей е колонку с помощью насоса.

7.10 Контроль температуры

Температура ключевых внутренних элементов (инжекционной петли, колонок, детектора и трубок) должна быть постоянной и соответствовать выбору растворителя.

7.11 Детектор

Детектор предназначен для количественной регистрации концентрации раствора, элюированного из колонки. Для предупреждения нежелательного расширения ликов объем кюветы детектора должен быть как можно меньше. Объем кюветы не должен превышать 10 мкл. за исключением детектора светорассеяния и вискозиметрического детектора. Для детектирования обычно используется дифференциальная рефрактометрия. В отдельных случаях с учетом определенных свойств исследуемого раствора или элюенга требуется использовать другие типы детекторов, например. УФ/8ИД. ИК. вискозиметрическиедетекторы и т. д.

8 Данные и отчет о проведении испытания

8.1 Данные

8.1.1 Критерии для подробной оценки результатов испытания, а также требования ксбору и обработке данных представлены в стандарте [1].

8.1.2 Для каждогоисследуемого раствора проводят два независимых испытания. Результаты каждого испытания рассматривают индивидуально.

8.1.3 Следует четко указать, что полученные значения являются относительными значениями, эквивалентными молекулярным массам используемого стандартного вещества.

8.1.4 Для всех испытаний также следует указывать результаты испытания контрольных растворов. Испытание контрольных растворов должно проводиться в условиях, аналогичных условиям обработки исследуемых растворов.

8.1.5 После определения объемов удерживания или времени удерживания (скорректированныхс использованием внутреннего стандарта), строят график зависимости log М_р (где М_р представляет максимум пика стандартного вещества, используемого для калибровки) от одного из указанных количественных показателей. Требуется не менее двух точек на 10 значений молекулярной массы и не менее 5 точек для построения калибровочной кривой. Диапазон молекулярных масс на калибровочной кривой должен включать предполагаемые значения молекулярной массы исследуемого полимера. Конечная точка кривой (низкая молекулярная масса) определяется н-гексилбенэолом или другим подходящим неполярным растворителем. Определяют участок кривой, соответствующий значениям молекулярной массы ниже 1000. и. при необходимости, вносят поправку на примеси и добавки. Кривые элюирования анализируют с использованием электронных методов обработки данных. Информация о методах ручной обработки данных представлена в [3].

8.1.6 Если на колонке остается нерастворимый полимер, то предполагается, что его молекулярная масса будет выше, чем молекулярная масса растворенной фракции, и это не приведет кзавышению результатов при определении низкомолекулярной фракции. Указания по внесению поправки на присутствие нерастворимых компонентов в низкомолекулярной фракции исследуемого полимера представлены в приложении А.

8.1.7 Кривую распределения представляют в виде таблицы или рисунка (разностная частота или сумма процентов в зависимости от logM). В графическом представлении первая десятка молекулярных масс должна быть шириной примерно 4 см. и максимум пика должен иметь высоту примерно 8 см. В случае интегральных кривых распределения разница по оси ординат в пределах от 0 % до 100 % должна составлять примерно 10см.

8.2 Отчет о проведении испытания

Отчет о проведении испытания должен включать следующую информацию:

Исследуемое вещество:

• доступная информация об исследуемом веществе (химическая идентификация, добавки, примеси);

• описание приготовления исследуемого раствора, наблюдения и возникавшие трудности.

Оборудование:

• резервуар для растворителя, инертный газ. дегазация растворителя, состав растворителя с указанием примесей;

s

• насос, гаситель пульсации, система инжектирования;

• разделительные колонки (изготовитель, полная информация о характеристиках колонки, в час» тности размер пор. разделительный материал ит. д., число, длина и порядок используемых колонок):

• число теоретических тарелок колонки (ил и системы колонок), эффективность разделения (разрешающая способность системы);

• информацияосимметрии пиков;

• температура колонки, вид температурного контроля;

• детектор (принцип измерения, тип, объем кюветы):

• расходометр. при использовании (изготовитель, принцип измерения);

• система сбора и обработки данных (аппаратное и программное обеспечение).

Калибровка системы;

• подробное описание метода построения калибровочной кривой;

• информация о критериях качества для данного метода (например, коэффициент корреляции, сумма квадратов ошибок и т. д.);

• информация обо всех экстраполяциях, допусках и приближениях, сделанных во время испытания. оценки и обработки данных.

Все измерения, используемые для построения калибровочной кривой, представляют в табличной форме, включающей следующую информацию для каждой точки калибровочной кривой:

• наименование образца стандартного вещества.

• изготовитель образца,

• значения показателей М_р. М_п, М_т, MJM„ для стандартных веществ, указанные изготовителем или полученные при последующем испытании сописанием используемого метода,

• инжектируемый объем и инжектируемая концентрация.

• значение М_р. использованное для калибровки.

• объем удерживания или скорректированное время удерживания, измеренное в максимуме пика,

- значение М_р. рассчитанное в максимуме пика.

- ошибка в процентах от рассчитанного значения М_р и значения в соответствии с калибровочной кривой.

Содержание низкомолекулярной фракции:

• описание методов анализа и проведения испытаний;

- информация о процентном содержании низкомолекулярной фракции в исследуемом образце (по массе);

• информация о процентном содержании примесей, добавок и других неполимерных компонентов в исследуемом образце (по массе).

Оценка результатов:

> оценка на временной основе: все методы для обеспечения требуемого воспроизведения (метод корректировки, внутренний стандарт и т. п.);

• информация о проведении оценки на основе объема удерживания или времени удерживания;

• информация о пределах оценки, если лик был не полностью проанализирован;

- описание методов сглаживания, при использовании;

- подготовка и предварительная обработка исследуемого раствора:

• присутствие нерастворенных частиц;

• инжектируемый объем (мкл) и инжектируемая концентрация (мгУмл);

• наблюдения, указывающие на эффекты, приводящие котклонвниям от теоретического профиля гель-лроникающей хроматографии;

• подробное описание всех изменений процедуры испытания:

- диапазон значений ошибок.

• любая другая информация и наблюдения, имеющие значение для интерпретации результатов.

Приложение А (рекомендуемое)

Указания по внесению поправки на присутствие нерастворимых компонентов

в низкомолекулярной фракции

Присутствие нерастворимых компонентов в исследуемом образце приводит к потере массы во время проведения испытания методом гель-прониквющей хроматографии. Нерастворимый компонент необратимо удерживается на колонке или фильтре для проб, в то время как растворимая фракция пробы проходит через колонку. В том случае, когда можно определить или измерить приращение показателя преломления (dn/dc) полимера, то определяют потерю массы пробы на колонке. Поправка вносится с использованием внешней калибровки со стандартными веществами с известной концентрацией и dn/dc для калибровки показания рефрактометра. В примере, приведенном ниже, в качестве стандартного вещества используется полиметилметакрилат (ПММА).

При проведении анализа акриловых полимеров методом гель-проникающей хроматографии для внешней калибровки используют раствор ПММА в ТГФ с известной концентрацией. Полученные данные применяют для определения рефрактометрической константы по соотношению:

К-_*_. 1⁷)

с v апис

где К — рефрактометрическая константа. мкВ - с/мл:

R — показания для образца ПММА. мкВ с;

С — концентрация образца ПММА. мг/мл;

V — инжектируемый объем, мл.

dn/dc — приращение показателя преломления для образца ПММА е теграгидрофураке, мл/мг.

Следующие данные являются типичными для образца ПММА:

R— 2937891;

С— 1.07 мг/мл;

V— 0.1 мл:

dn/dc — 9.10*⁵ мл/мг.

Полученное значение К * 3.05- Ю^м затем используют для расчета теоретического показания детектора, если 100 % инжектированного полимера элюируется через детектор.

Приложение ДА (справочное)

Сравнение структуры международного документа со структурой настоящего стандарта

Таблице ДА.1

Библиография

fl) DIN 55672:1995 [2]

(3} ASTMD 3336-91

[4] ASTMD 5296—92

Gelpermeationschrometographie(GPC)mltTetrehydrofuran (THF)als Elullonamltlel. Tell 1 (Гель-проникающая хроматография (ГПХ) с тетрагидрофурвном (ТГФ) в качестве элюентв. часть 1)

Yau W.W.. Kirkland J.J, and Bly D.D.. 1979. Modem Size Exclusion Liquid Chromatography. J. WMey&Sona. (Современная жидкостная хроматография исключения размера) Standard Test Method for Molecular Weight Averages and Molecular Weight Distribution by Liquid Exclusion Chromatography (Gel Permeation Chromatography — GPC. American Society for Testing and materials. Philadelphia. Pennsylvania)

(Стандартный метод определения среднемассоеой молекулярной массы и молекулярно-массового распределения жидкостной гель-проникающей хроматографией (гель-проникающей хроматографией *ГПХ(

Standard Test Method for Molecular Weight Averages and Molecular Weight Distribution of Polystyrene by High Performance Size-Exclusion Chromatography. American Society for Testing and materials. Philadelphia. Pennsylvania. (Стандартный метод определения среднемассоеой молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полистирола гель-проникающей хроматографией высокого давления)

УДК 658.382.3:006.354 МКС 13.020.01 MOD

Ключевые слова: химическая продукция, окружающая среда, низкомолекулярная масса, гель-проника-ющая хроматография