ISO 13885-1:2020

NORME ISO
INTERNATIONALE 13885-1
Troisième édition
2020-07
Chromatographie par perméation de
gel (GPC) —
Partie 1:
Utilisation de tétrahydrofurane (THF)
comme éluant
Gel permeation chromatography (GPC) —
Part 1: Tetrahydrofuran (THF) as eluent
Numéro de référence
ISO 13885-1:2020(F)
© ISO 2020

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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 13885-1:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe. 2
5 Appareillage . 2
5.1 Alimentation en éluant . 3
5.2 Pompe . 3
5.3 Système d’injection . 3
5.4 Colonnes de séparation . 3
5.5 Dispositif de régulation de la température de colonne . 5
5.6 Détecteur . 6
6 Réactifs . 6
7 Étalonnage de l’appareillage . 7
7.1 Généralités . 7
7.2 Exigences relatives aux étalons . 7
7.3 Préparation des solutions d’étalonnage pour injection . 8
7.4 Conditions des analyses d’étalonnage . 8
7.5 Mesurage du volume d’élution . 8
7.6 Traçage de la courbe d’étalonnage . 8
8 Échantillonnage .9
9 Préparation de l’essai . 9
9.1 Préparation de la solution d’injection . 9
9.2 Préparation de l’appareillage . 10
10 Paramètres analytiques . .10
11 Acquisition et évaluation des données .10
11.1 Généralités . 10
11.2 Calcul du chromatogramme net à partir des données brutes . 11
11.2.1 Détermination de la ligne de base . 11
11.2.2 Correction des valeurs mesurées et du chromatogramme net . 11
11.2.3 Limites d’évaluation . 11
11.3 Calcul des valeurs moyennes .12
11.4 Calcul des courbes de distribution . 13
12 Fidélité .13
12.1 Généralités . 13
12.2 Répétabilité . 13
12.3 Reproductibilité . 14
13 Rapport d’essai .14
13.1 Généralités . 14
13.2 Données générales concernant l’équipement et les réglages . 14
13.2.1 Données concernant l’équipement utilisé . 14
13.2.2 Étalonnage . 15
13.2.3 Évaluation . .15
13.3 Données particulières concernant l’échantillon . 15
Annexe A (informative) Conversion des paramètres expérimentaux pour des colonnes de
dimensions différentes .17
Annexe B (informative) Exemple de fiche technique d’un polymère étalon .19
Annexe C (informative) Explications .20
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Bibliographie .26
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ISO 13885-1:2020(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 35, Peintures et vernis, sous-comité
SC 16, Analyse chimique.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 13885-1:2008), qui a fait l’objet
d’une révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les
suivantes:
— adaptation du présent document à l’état actuel de la technique, notamment en ce qui concerne
l’ingénierie logicielle;
— révision du domaine d’application;
— révision de la définition de la chromatographie par perméation de gel;
— révision rédactionnelle du texte.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 13885 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13885-1:2020(F)
Chromatographie par perméation de gel (GPC) —
Partie 1:
Utilisation de tétrahydrofurane (THF) comme éluant
AVERTISSEMENT — Le présent document peut impliquer l’utilisation de matériaux et d’appareils
présentant des risques ou l’exécution d’opérations dangereuses. Il ne vise pas à traiter tous les
problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son utilisation. Il incombe à l’utilisateur de
la présente norme d’établir des pratiques appropriées en matière d’hygiène et de sécurité et de
s’assurer de la conformité à la réglementation nationale en vigueur.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie la détermination de la distribution de masses molaires et des valeurs de
masse molaire moyenne M (moyenne en nombre) et M (moyenne en masse) de polymères solubles
n w
dans le tétrahydrofurane (THF) par chromatographie de perméation de gel (GPC, de l’anglais «gel
permeation chromatography »).
NOTE Également appelée chromatographie d’exclusion stérique (SEC, de l’anglais «size exclusion
chromatography »).
Même si les chromatogrammes obtenus présentent une bonne répétabilité, il est possible que cette
méthode ne puisse pas être utilisée avec certains types de polymères du fait d’interactions spécifiques
(par exemple, adsorption) dans le système échantillon/éluant/colonne.
Les conditions spécifiées dans le présent document ne sont pas applicables à l’analyse GPC d’échantillons
6
de polymères présentant des valeurs M supérieures à 10 g/mol et/ou de polymères dont les limites
w
d’élution se situent en dehors de la gamme d’étalonnage (voir 7.6 et Annexe C).
Le présent document n’inclut pas de méthode de correction (par exemple, pour l’élimination d’un
élargissement des pics). Si des valeurs absolues de masse molaire sont exigées, une méthode absolue
(par exemple, osmométrie à membrane pour M ou diffusion de lumière pour M ) peut être utilisée.
n w
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 1513, Peintures et vernis — Examen et préparation des échantillons pour essai
ISO 4618, Peintures et vernis — Termes et définitions
ISO 15528, Peintures, vernis et matières premières pour peintures et vernis — Échantillonnage
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 4618 ainsi que les suivants,
s’appliquent.
1
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ISO 13885-1:2020(F)
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
chromatographie par perméation de gel
GPC
séparation de molécules, principalement fondée sur des effets d’exclusion tels que les différences de taille
et/ou de forme des molécules (chromatographie d’exclusion stérique) ou de charge (chromatographie
d’exclusion ionique)
3.2
pic système
signal propre à la chromatographie par perméation de gel (3.1) employant un détecteur d’indice de
réfraction
Note 1 à l'article: Ces signaux apparaissent à la limite de pénétration totale des colonnes et n’appartiennent pas à
l’échantillon mais au système global.
4 Principe
Les molécules (de diverses masses molaires) dissoutes d’un échantillon de polymère sont fractionnées
sur un matériau poreux dans une colonne, la séparation se faisant en fonction de la taille de la
molécule (ou, plus précisément, selon la taille d’enroulement du polymère obtenue dans cet éluant). Les
petites molécules se diffusent dans les pores du matériau de la colonne plus fréquemment et sont donc
retardées par rapport aux grosses molécules. Les plus grosses molécules sont donc éluées en premier et
les petites molécules après. Dans les conditions d’essai spécifiées, le volume d’élution ne dépend que de
la taille d’enroulement de la molécule.
La teneur en polymère d’un échantillon est déterminée, puis l’échantillon est dilué dans l’éluant à une
concentration de moins de 5 g/l et une aliquote de l’échantillon dilué est injectée dans le système GPC.
La concentration des molécules qui sont éluées de la colonne est mesurée par ordre décroissant de
taille d’enroulement à l’aide d’un détecteur sensible à la concentration (généralement, un réfractomètre
différentiel). À partir d’une courbe d’étalonnage qui a été établie pour le système GPC donné et du
chromatogramme obtenu, la distribution relative de masses molaires, les grandeurs relatives M et M
n w
et l’hétérogénéité ou polydispersité M /M sont calculées.
w n
5 Appareillage
L’appareillage doit être constitué des composants présentés sur la Figure 1, lesquels sont décrits ci-
après.
Tous les composants en contact avec l’éluant ou la solution d’échantillon doivent être résistants et ne
doivent en aucun cas présenter d’effets d’adsorption ou d’effets mémoire. Les composants individuels
de l’appareillage de GPC, qui dans le cas présent utilise le THF comme éluant, doivent être raccordés à
des capillaires en acier ou titane de haute qualité.
2
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Figure 1 — Schéma d’un appareillage de GPC
5.1 Alimentation en éluant
Le réservoir à éluant doit protéger convenablement l’éluant vis-à-vis des influences externes telles
que l’atmosphère et la lumière, si nécessaire à l’aide d’une couche de gaz inerte au-dessus du niveau du
liquide.
Le réservoir à éluant doit contenir une quantité suffisante d’éluant pour permettre à l’appareillage
d’atteindre l’équilibre et réaliser plusieurs analyses répétitives.
L’éluant doit être dégazé, soit avant son introduction dans le réservoir, soit au moyen d’un dispositif
intégré entre le réservoir et la pompe, afin d’éviter tout dysfonctionnement de la pompe ainsi que
la formation de bulles dans le détecteur. Le choix de la méthode de dégazage utilisée (par exemple,
barboteur, purge en ligne à l’hélium, ou dégazage sous vide) est laissé à discrétion.
5.2 Pompe
La pompe doit délivrer un débit d’éluant à travers la colonne de séparation aussi régulier et le moins
pulsatile que possible. Le débit doit être de 1 ml/min (voir Annexe A). Pour satisfaire à ces exigences, la
pompe doit fonctionner à efficience optimale à ce débit.
Le débit de la pompe utilisée doit présenter une variation d’au maximum 0,1 %.
5.3 Système d’injection
Le système d’injection sert à introduire une quantité donnée de la solution d’échantillon dans le flux
d’éluant de manière rapide et régulière. Cette introduction peut être effectuée soit manuellement, soit
automatiquement.
Si l’introduction est réalisée manuellement, veiller à ce que la boucle d’échantillonnage soit entièrement
remplie de solvant avant le chargement de l’échantillon.
Les effets mémoire de la précédente solution d’échantillon dans le système d’injection doivent être
évités par une purge adéquate.
5.4 Colonnes de séparation
L’appareillage doit comporter une ou plusieurs colonnes en série, remplies d’un matériau poreux
sphérique, le diamètre des pores correspondant à la taille des molécules polymères à analyser.
Le matériau de remplissage se compose généralement d’un copolymère styrène/divinylbenzène (S/
DVB), produit par un procédé de polymérisation spécial, qui ne gonfle que légèrement dans le solvant et
ne peut donc pas se déformer sous la pression engendrée au débit fixé.
Outre ces particules de copolymère S/DVB sphérique macroporeux, des matériaux de remplissage
à base d’autres monomères organiques ou de dioxyde de silicium (silice) sont également utilisés. Le
prérequis pour leur utilisation est qu’aucune interaction d’adsorption ne doit survenir entre leur
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surface et les molécules polymères de l’échantillon. De plus, l’échantillon en cours d’analyse ne doit pas
être modifié, que ce soit chimiquement ou structurellement, dans le système chromatographique.
Certains polymères interagissent avec la surface du matériau de remplissage (par exemple, par
adsorption) et d’autres effets peuvent parfois interférer avec le mécanisme de séparation de la CPG.
Des précisions sur ces effets et des notes sur les possibles remèdes sont données à l’Annexe C. S’il est
envisagé de comparer des analyses de tels polymères menées par différents laboratoires, ces derniers
doivent convenir des détails des conditions d’essai qui ne sont pas couvertes par le présent document.
Pour une bonne répétabilité des résultats d’essai, il est nécessaire de satisfaire aux exigences minimales
spécifiées ci-après en ce qui concerne l’élargissement des pics (exprimées en termes de nombre de
plateaux théoriques) et l’efficacité de séparation.
a) Nombre de plateaux théoriques
Le nombre de plateaux théoriques, N, doit être déterminé, pour l’appareillage utilisé par mètre de
colonne utilisée, à partir de la largeur de pic à mi-hauteur (voir Figure 2). Injecter jusqu’à 20 µl
d’éthylbenzène (concentration massique de 1 g/l) dans la colonne (voir Annexe A) et évaluer
le chromatogramme obtenu dans les mêmes conditions que celles utilisées pour analyser les
polymères, à l’aide de la Formule (1):
2
 
V
100
e
N =×55, 4   × (1)
 
WL
1/2
 
où
V est le volume d’élution correspondant au sommet du pic;
e
W est la largeur de pic à mi-hauteur (voir Figure 2); les mêmes unités doivent être utilisées
1/2
pour V et W ;
e 1/2
L est la longueur de la colonne (de la combinaison de colonnes), en centimètres.
Déterminer le résultat, le nombre de plateaux théoriques par mètre de longueur de colonne.
Pour satisfaire aux exigences du présent document, la combinaison de colonnes doit avoir au
moins 20 000 plateaux théoriques par mètre.
NOTE Voir Annexe C en cas de front diffus ou de traînée (asymétrie) du pic utilisé pour calculer le nombre de
plateaux.
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Légende
X volume d’élution
Y intensité du pic
1 injection
V volume d’élution correspondant au sommet du pic
e
W largeur de pic à mi-hauteur du pic
1/2
h hauteur maximale du pic
σ écart-type
Figure 2 — Détermination du nombre de plateaux théoriques par la méthode de la largeur de
pic à mi-hauteur
b) Efficacité de séparation
Pour garantir une résolution convenable, la courbe d’étalonnage log M en fonction du volume
10
d’élution, V de la combinaison de colonnes utilisée ne doit pas dépasser une pente spécifiée. Pour
e
les besoins du présent document, la relation de la Formule (2) doit s’appliquer à la zone du sommet
du pic de l’échantillon de polymère étudié:
VV−
e,M
e,()10×M
x
x
>60, (2)
A
c
où
V est le volume d’élution du polystyrène de masse molaire M , en centimètres cubes;
x
e,M
x
V est le volume d’élution de 10 fois cette masse molaire, en centimètres cubes;
e,1()0×M
x
A est l’aire de section de la colonne, exprimée en centimètres carrés;
c
M est la masse molaire, qui doit être retenue pour que le sommet du pic de l’échantillon de
x
polymère étudié se situe approximativement à mi-chemin entre ces deux volumes d’élution.
5.5 Dispositif de régulation de la température de colonne
Réaliser l’essai à température ambiante (entre 15 °C et 35 °C) ou à une température supérieure
d’au maximum 40 °C. La température de la colonne ne doit pas fluctuer de plus de 1 °C au cours de
l’analyse (voir Annexe C).
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5.6 Détecteur
Utiliser un détecteur à réfractomètre différentiel. Le volume de la cellule ne doit pas dépasser 0,010 ml.
NOTE Voir Annexe C en ce qui concerne la restriction à un seul type de détecteur.
Si des échantillons de copolymère ou des mélanges de polymères sont analysés, veiller à ce que
tous les constituants donnent un facteur de réponse similaire (rapport du signal du détecteur sur la
concentration d’analyte dans l’éluat ou, dans le cas d’un réfractomètre différentiel, incrément d’indice
de réfraction spécifique dn/dc), c’est-à-dire veiller à ce que la relation des facteurs de réponse k et k
i j
des constituants i et j respectivement respecte:
k
i
02, ≤≤5 (3)
k
j
Si le rapport des facteurs de réponse ne s’inscrit pas dans cette plage lors de l’analyse d’une série
d’échantillons, un détecteur différent ou une combinaison appropriée de détecteurs peuvent être
utilisés. S’il est envisagé de comparer les résultats obtenus par différents laboratoires pour une telle
série d’échantillons, le type de détecteur doit être convenu. En cas d’utilisation d’un détecteur différent,
les motifs de cette utilisation doivent être consignés dans le rapport d’essai. Voir Annexe C.
La réponse du détecteur obtenue en injectant les quantités spécifiées dans le présent document doit,
au plus faible réglage d’amortissement électronique, présenter un niveau de bruit inférieur à 1 % de la
hauteur maximale du pic de polymère. Le niveau de bruit étant influencé par les variations de pression,
de température et de débit, notamment pour le réfractomètre différentiel, des mesures adaptées
doivent être prises pour maintenir une température constante et pour limiter les impulsions.
Les signaux du détecteur sont enregistrés au moyen d’un système d’acquisition de données
électronique (voir Article 11 pour de plus amples détails).
6 Réactifs
L’éluant doit être constitué de THF selon la spécification suivante:
HF > 99,5 % (fraction massique)
Eau < 0,05 % (fraction massique)
Peroxyde < 0,005 % (fraction massique)
Le THF peut être stabilisé avec du 2,6-di-tert-butyl-4-méthylphénol (BHT) (sans dépasser une teneur
maximale de 0,250 g/l) pour empêcher la formation de peroxydes.
La teneur en peroxydes du THF doit être vérifiée avant utilisation (par exemple, à l’aide de bandelettes
d’analyse).
Dans des cas exceptionnels, qui doivent être expliqués dans le rapport d’essai, il peut être nécessaire
d’incorporer d’autres constituants dans l’éluant de THF, sans dépasser une teneur maximale de 10 g/l,
pour éviter des interférences avec l’analyse de certains échantillons (voir Annexe C pour de plus amples
détails).
Mettre au rebut l’éluant utilisé pour conditionner les colonnes ou pour réaliser les analyses, et ne pas le
réintroduire dans le réservoir à éluant.
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ISO 13885-1:2020(F)
7 Étalonnage de l’appareillage
7.1 Généralités
La méthode n’est pas absolue et exige un étalonnage à l’aide d’étalons de polystyrène non ramifié
disponibles dans le commerce qui ont été caractérisés par des méthodes absolues indépendantes. Les
résultats des échantillons de polymères de différentes structures chimiques ne sont donc comparables
que dans des groupes d’échantillons du même type.
Étalonner l’appareillage de GPC avec une série d’étalons de polystyrène non ramifié présentant une
étroite distribution de masses molaires (voir Annexe C) et dont les masses molaires ont été déterminées
par des méthodes absolues indépendantes. Une courbe d’étalonnage pour l’évaluation des analyses
de GPC d’échantillons de polystyrène est ainsi obtenue. Si cette courbe d’étalonnage est utilisée pour
analyser des échantillons de composition différente, contenant des molécules de structure différente,
[3]
les résultats doivent être exprimés en «équivalent de masse molaire de polystyrène» .
7.2 Exigences relatives aux étalons
La distribution de masses molaires des étal
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 13885-1
ISO/TC 35
Gel permeation chromatography
Secretariat: NEN
(GPC) —
Voting begins on:
2020-03-18
Part 1:
Voting terminates on:
Tetrahydrofuran (THF) as eluent
2020-05-13
Chromatographie par perméation de gel (GPC) —
Partie 1: Utilisation de tétrahydrofurane (THF) comme éluant
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 13885-1:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
©
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020

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ISO/FDIS 13885-1:2020(E)

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ISO/FDIS 13885-1:2020(E)

Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 2
5 Apparatus . 2
5.1 Eluent supply . 2
5.2 Pump . 3
5.3 Injection system . 3
5.4 Separation columns . 3
5.5 Column temperature control . 5
5.6 Detector . 5
6 Reagents . 5
7 Calibration of the apparatus . 6
7.1 General . 6
7.2 Requirements for the calibration standards . 6
7.3 Preparation of the calibration solutions for injection . 7
7.4 Conditions for calibration runs . 7
7.5 Measurement of elution volume . 7
7.6 Plotting the calibration curve . 7
8 Sampling . 8
9 Preparation for the test . 8
9.1 Preparation of the injection solution . 8
9.2 Preparation of the apparatus . 9
10 Analytical parameters . 9
11 Data acquisition and evaluation . 9
11.1 General . 9
11.2 Calculation of the net chromatogram from the raw data .10
11.2.1 Determination of the baseline .10
11.2.2 Correction of the measured values and of the net chromatogram .10
11.2.3 Evaluation limits .10
11.3 Calculation of the average values .10
11.4 Calculation of the distribution curves .11
12 Precision .12
12.1 General .12
12.2 Repeatability .12
12.3 Reproducibility .12
13 Test report .13
13.1 General .13
13.2 General data on the equipment and settings .13
13.2.1 Data on the equipment used .13
13.2.2 Calibration .13
13.2.3 Evaluation .14
13.3 Special data on the sample .14
Annex A (informative) Conversion of experimental parameters for variant column sizes .16
Annex B (informative) Example of a data sheet for a polymer standard .17
Annex C (informative) Explanations .18
© ISO 2020 – All rights reserved iii

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ISO/FDIS 13885-1:2020(E)

Bibliography .23
iv © ISO 2020 – All rights reserved

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ISO/FDIS 13885-1:2020(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 35, Paints and varnishes.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 13885-1:2008), which has been
technically revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— this document has been adapted to the actual state of the art, especially with regards to software
engineering;
— the scope has been revised;
— the definition for gel-permeation chromatography has been revised;
— the text has been revised editorially.
A list of all parts in the ISO 13885 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 13885-1:2020(E)
Gel permeation chromatography (GPC) —
Part 1:
Tetrahydrofuran (THF) as eluent
WARNING — This document can involve hazardous materials, operations or equipment. It
does not purport to address all of the safety problems, if any, associated with its use. It is the
responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices and to ensure
compliance with any national regulatory conditions.
1 Scope
This document specifies the determination of the molar-mass distribution and the average molar mass
values M (number average) and M (weight average) of polymers that are soluble in tetrahydrofuran
n w
(THF) by gel permeation chromatography (GPC).
NOTE Also known as size exclusion chromatography (SEC).
Even though the chromatograms obtained show good repeatability, it is possible that this method
cannot be used with certain polymer types because of specific interactions (e.g. adsorption) within the
sample/eluent/column system.
The conditions specified in this document are not applicable to the GPC analysis of polymer samples
6
with M values greater than 10 g/mol and/or of polymers with elution limits outside the calibration
w
range (see 7.6 and Annex C).
This document includes no correction method (e.g. for the elimination of peak broadening. If absolute
molar-mass values are required, an absolute method (e.g. membrane osmometry for M or light
n
scattering for M ) can be used.
w
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1513, Paints and varnishes — Examination and preparation of test samples
ISO 4618, Paints and varnishes — Terms and definitions
ISO 15528, Paints, varnishes and raw materials for paints and varnishes — Sampling
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 4618 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
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3.1
gel permeation chromatography
GPC
separation of molecules, mainly based on exclusion effects such as differences in the size and/or shape
of molecules (size exclusion chromatography) or in charge (ion exclusion chromatography)
3.2
system peak
signal peculiar to the gel permeation chromatography (3.1) using a refractive index detector
Note 1 to entry: These signals appear at the total penetration limit of the columns and are not part of the sample,
but of the overall system.
4 Principle
The dissolved (molecularly disperse) molecules of a polymer sample are fractionated on a porous
column material, with separation taking place according to the size of the molecule (or, more precisely,
the polymer coil size which forms in this eluent). Small molecules diffuse into the pores of the column
material more frequently and are therefore retarded more than large molecules. Thus, large molecules
are eluted earlier, small molecules later. Under the test conditions given, the elution volume is solely a
function of the coil size of the molecule.
The polymer content of a sample is determined, the sample is then diluted with eluent to give a
concentration of less than 5 g/l and an aliquot of the diluted sample is injected into the GPC system. The
concentration of the molecules eluted from the column is measured in order of decreasing coil size with
a concentration-sensitive detector (typically a differential refractometer). With the aid of a calibration
curve that has been determined for the particular GPC system, the relative molar-mass distribution, the
relative quantities M and M and the heterogeneity or polydispersity M /M are calculated from the
n w w n
chromatogram obtained.
5 Apparatus
The apparatus shall consist of the components shown in Figure 1, which are described below.
All the components which come into contact with the eluent or the sample solution shall be resistant
and shall not exhibit adsorption or memory effects in any form. The individual components of the GPC
apparatus, which in this case uses THF as eluent, shall be connected to capillary tubes made of high-
quality steel or titanium.
Figure 1 — Block diagram of a GPC apparatus
5.1 Eluent supply
The eluent reservoir shall adequately protect the eluent against external influences such as the
atmosphere and light, if necessary by means of a blanket of inert gas above the liquid level.
The eluent reservoir shall contain a sufficient quantity of the eluent to bring the apparatus to
equilibrium and to carry out several repeat analyses.
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The eluent shall be degassed, either before it is introduced into the reservoir or by use of a device fitted
between the reservoir and the pump, to prevent malfunctions of the pump or the formation of bubbles
in the detector. The method of degassing used (e.g. bubble trap, online purging with helium, or vacuum
degassing) is open to choice.
5.2 Pump
The pump shall ensure that the eluent flow through the separation column is as smooth and pulse free
as possible. The flow rate shall be 1 ml/min (see Annex A). To fulfil these requirements, the pump shall
operate at optimum efficiency at this flow rate.
The flow rate of the pump used shall have a variation of max. 0,1 %.
5.3 Injection system
The injection system serves to introduce a given amount of the sample solution into the eluent stream
in a rapid and smooth fashion. This introduction may be carried out either manually or automatically.
If the introduction is carried out manually, ensure that the sample loop is filled completely with solvent
before loading with the sample.
Memory effects from the previous sample solution in the injection system shall be avoided by adequate
flushing.
5.4 Separation columns
The apparatus shall have one or more columns connected in series and packed with spherical porous
material, the diameter of the pores corresponding to the size of the polymer molecules being analysed.
The packing material typically consists of a styrene/divinylbenzene copolymer (S/DVB), produced by
a special polymerization process, which swells only slightly in the solvent and therefore cannot deform
under the pressure developed at the set flow rate.
In addition to these macroporous spherical S/DVB particles, packing materials based on other organic
monomers or on silicon dioxide (silica) are also used. The criterion for their use is that no adsorptive
interaction shall occur between their surface and the polymer molecules in the sample. Furthermore,
the sample being analysed shall not be changed, either chemically or structurally, within the
chromatographic system.
Certain polymers interact with the surface of the packing material (e.g. by adsorption) and other effects
can sometimes interfere with the GPC separation mechanism. Details of such effects and notes on
possible remedies are discussed in Annex C. If it is intended to compare analyses of such polymers by
different laboratories, the laboratories shall agree on details of the test conditions that are not covered
by this document.
For good repeatability of test results, it is necessary to adhere to the minimum requirements specified
below with regard to peak broadening (expressed in terms of a number of theoretical plates) and
separation efficiency.
a) Number of theoretical plates
The number of theoretical plates, N, shall be determined, for the apparatus used per metre of
column used, from the peak width at half height (see Figure 2). Inject up to 20 µl of ethylbenzene
(mass concentration 1 g/l) on to the column (see Annex A) and evaluate the chromatogram obtained
under the same conditions as are used for analysing polymers, using Formula (1):
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2
 
V
100
e
N =×55, 4   × (1)
 
WL
1/2
 
where
V is the elution volume at the peak maximum;
e
W is the peak width at half height (see Figure 2); the same units shall be used for V and W ;
1/2 e 1/2
L is the length of the column (column combination), in centimetres.
Express as the result the number of theoretical plates per metre of column length. To conform to the
requirements of this document, the column combination shall have at least 20 000 theoretical plates
per metre.
NOTE See Annex C for tailing and fronting (asymmetry) of the peak used to calculate the plate count.
Key
X elution volume
Y peak intensity
1 injection
V elution volume at the peak maximum
e
W peak width at the half maximum height of the peak
1/2
h maximum peak height
σ standard deviation
Figure 2 — Determination of the number of theoretical plates by the half-height method
b) Separation efficiency
To ensure adequate resolution, the log M versus the elution volume, V , calibration curve for the
10 e
column combination used shall not exceed a specified gradient. For the purposes of this document,
the relation given in Formula (2) shall apply to the area of the peak maximum for the polymer
sample under investigation:
VV−
e,M e, 10×M
()
x x
>60, (2)
A
c
where
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V is the elution volume for polystyrene of molar mass M , in cubic centimetres;
x
e,M
x
V is the elution volume for 10 times that molar mass, in cubic centimetres;
e,10×M
()
x
A is the cross-sectional area of the column, in square centimetres.
c
M is the molar mass, that shall be selected such that the peak maximum for the poly-
x
mer sample under investigation lies in approximately halfway between these two
elution volumes.
5.5 Column temperature control
Carry out the test at room temperature (15 °C to 35 °C) or at a higher temperature of max. 40 °C. The
temperature of the column shall not change by more than 1 °C during the analysis (see Annex C).
5.6 Detector
Use a differential refractometer detector. The cell volume shall not exceed 0,010 ml.
NOTE For the restriction to a single detector type, see Annex C.
If copolymer samples or polymer blends are analysed, ensure that all the components give a similar
response factor (ratio of detector signal to concentration of analyte in the eluate or, in the case of
the differential refractometer, specific refractive index increment dn/dc), i.e. the relationship of the
response factors k and k for components i and j respectively is as follows:
i j
k
i
02, ≤≤5 (3)
k
j
If the ratio of the response factors does not fall within this range in the analysis of a set of samples,
a different detector or suitable combination of detectors may be used. If it is intended to compare
the results obtained by different laboratories for such a set of samples, the type of detector shall be
agreed upon. If a different detector is used, the reasons for using it shall be stated in the test report. See
Annex C.
The detector response obtained using the injection amounts specified in this document shall, at the
lowest setting for electronic damping, exhibit a noise level of less than 1 % of the maximum height of
the polymer peak. As the noise level is influenced by variations in pressure, temperature and flow rate,
particularly in the differential refractometer, suitable measures are to be taken to maintain a constant
temperature and to damp out pulses.
The signals from the detector are recorded by means of an electronic data system (see Clause 11 for
details).
6 Reagents
The eluent shall consist of THF with the following specification:
THF >99,5 % (mass fraction)
Water <0,05 % (mass fraction)
Peroxide <0,005 % (mass fraction)
THF may be stabilized with 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT) (up to a maximum of 0,250 g/l) to
prevent the formation of peroxides.
The peroxide content of THF shall be checked before use (e.g. using test strips).
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In exceptional cases, which shall be explained in the test report, it may be necessary to incorporate
further components in the THF eluent, up to a maximum of 10 g/l, to avoid interference with the
analysis of certain samples (see Annex C for details).
Discard the eluent used to condition the columns or to perform the analyses, and do not return it to the
eluent reservoir.
7 Calibration of the apparatus
7.1 General
The method is not an absolute one and requires calibration with commercially available unbranched
polystyrene standards that have been characterized by independent absolute methods. The results for
samples of polymers with different chemical structures are therefore only comparable within groups of
samples of the same type.
Calibrate the GPC apparatus with a series of unbranched polystyrene standards of narrow molar mass
distribution (see Annex C) and whose molar masses have been determined by independent, absolute
methods. The result is a calibration curve for the evaluation of GPC analyses of polystyrene samples.
If this calibration curve is used to analyse samples of other compositions, containing molecules with
[3]
other structures, the results shall be expressed as the “polystyrene molar mass equivalent” .
7.2 Requirements for the calibration standards
The molar-mass distribution of the standards shall be narrower than the limits given below as a
function of the molar mass at the peak maximum, M :
p
M < 2 000 g/mol M /M ≤ 1,2
p w n
6
2 000 g/mol ≤ M < 10 g/mol M /M ≤ 1,05
p w n
6
10 g/mol ≤ M M /M ≤ 1,2
p w n
The empirical peak-asymmetry factor for each chromatogram, calculated from the peak widths A and
B at half height before and after the perpendicular through the peak maximum, shall lie in the range
given by Formula (4).
A
=±10,,00 15 (4)
B
The widths A and B shall be determined from electronically acquired data on peaks defined by at least
60 measuring points.
The following minimum requirements shall be fulfilled in the characterization of each individual
polystyrene standard used for calibration:
a) at least one average molar mass value, M , M or M , shall be determined by an absolute method;
n w z
b) at least one method shall be used to determine the molar-mass distribution;
c) all the parameters involved in the method used shall be indicated;
d) the results and data for each batch analysed shall be presented in a comprehensible form for the user.
NOTE An example of a data sheet is given in Annex B.
If the calibration standards give a shoulder on either side of the peak, pre-peaks or a tailing peak, the
area represented by these anomalies shall be less than 2,0 % of the peak area, otherwise the calibration
standard shall be rejected.
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Hexylbenzene (M = 162 g/mol) shall be used as an addition to the series of polystyrene standards as the
standard with the lowest molar mass on the calibration curve.
If the calibration standards in the low-molar-mass range are separated such that the peaks of the
individual oligomers can be recognized, their actual molar mass, including the terminal groups, shall be
included in the calibration curve.
7.3 Preparation of the calibration solutions for injection
Shake the
...