Kopplung einer Ultrahochleistungs-Flüssigchromatographie und eines Elektrospray-Massenspektrometers

Polymere sowie ihre Einsetzgebiete haben sich über die letzten Jahrzehnte stark weiterentwickelt. Um die Materialien auf ihre geplante Anwendung anzupassen, ist daher ein gezielter Aufbau der Polymerstruktur notwendig. Um diesen zu verstehen und überprüfen zu können, werden passende Analysemethoden benötigt. Die Größenausschlusschromatographie (SEC) ist in der Polymerchemie eine viel genutzte Technik zur Analyse der Molmasse. Sie kann nicht nur die mittleren Molmassen wiedergeben, sondern die gesamte Verteilung. Damit können auch Informationen über die Polydispersität erhalten werden. Neuere Entwicklungen auf diesem Gebiet bieten mit Ultrahochleistungsflüssigchromatographie-Systemen (UHPLC) die Möglichkeit, diese Messungen in deutlich kürzeren Zeiten durchzuführen. Eine andere für die Polymeranalytik wichtige Methode ist die Massenspektrometrie (MS). Elektrospray-MS (ESI-MS) ist dabei einer der in der MS am meisten genutzten Methoden. Sie ist in der Lage hochmolekulare Analyten zu ionisieren und macht so viele Polymere der MS zugänglich. Die Ionenmobilitätsseparation (IMS) kann dabei besonders in der ESI-MS nützlich sein. Die ESI-MS Spektren können mit ihr hinsichtlich der Trennung von Ladungsverteilungen vereinfacht werden. Auch die Trennung von strukturell unterschiedlichen Komponenten (z.B. durch Architektur) ist möglich. Die Kombination dieser drei Methoden (UHPLC-SEC, ESI-MS und IMS) bietet eine große Fülle an Informationen über die untersuchten Polymere. In dieser Arbeit wurde eine solche Kopplung genutzt, um erfolgreich sequenzdefinierte Oligomere in Mischungen zu trennen und die Bestandteile der Mischung zu identifizieren. Auch für die Untersuchung von Abbauprozessen bei Polymeren konnte gezeigt werden, dass diese Kopplung Vorteile gegenüber den einzelnen Methoden aufweist. Polymers, as well as their applications, have developed significantly over the past decades. In order to adapt the materials to their desired application, a specific design of the polymer structure is necessary. Appropriate analysis methods are required to understand and verify this. Size exclusion chromatography (SEC) is a widely used technique in polymer chemistry to analyze molecular weight and molecular weight distributions. It can not only display the mean values of the molecular weight, but also the entire distribution and thus, using two different mean values, provide information about the important factor of polydispersity. More recent developments in this area offer the possibility of carrying out these measurements in significantly shorter times by ultra-high-performance liquid chromatography systems (UHPLC). Another important method for polymer analysis is mass spectrometry (MS). Electrospray-MS (ESI-MS) is one of the most widely used techniques in mass spectrometry. It can ionize high molecular weight analytes and thus makes many polymers accessible to mass spectrometry. Ion mobility separation (IMS) can be particularly useful in ESI-MS. The multiple charges often observed in this ionization method can be separated thus simplifying the interpretation of the obtained mass spectra. Furthermore, structurally different analytes can be separated according to the collision cross section with the help of the IMS. Thus, separation of polymers with different conformations or architectures is possible. The combination of these three methods (UHPLC-SEC, ESI-MS and IMS) provides a wealth of information about the polymers studied. In this work such a coupling was used to successfully separate sequence-defined oligomers in mixtures and to identify the components of the mixture. For the investigation of degradation processes of polymers, it could be shown that this co++ von M.Sc. Marie-Theres Berg ; Gutachter: Prof. Dr. Dirk Kuckling, PD Dr. Hans Egold Tag der Verteidigung: 02.11.2020 Universität Paderborn, Dissertation, 2020