ISO 16014-5:2019
(Main)Plastics — Determination of average molecular weight and molecular weight distribution of polymers using size-exclusion chromatography — Part 5: Light-scattering method
Plastics — Determination of average molecular weight and molecular weight distribution of polymers using size-exclusion chromatography — Part 5: Light-scattering method
This document specifies a general method for determining the average molecular weight and the molecular weight distribution of polymers using SEC-LS, i.e. size-exclusion chromatography coupled with light-scattering detection. The average molecular weight and the molecular weight distribution are calculated from molecular weight data and weight concentrations determined continuously with elution time. The molecular weight at each elution time is determined absolutely by combining a light-scattering detector with a concentration-sensitive detector. Therefore, SEC-LS is classified as an absolute method. This method is applicable to linear homopolymers and to nonlinear homopolymers such as branched, star-shaped, comb-like, stereo-regular and stereo-irregular polymers. It can also be applied to heterophasic copolymers whose molecular composition cannot vary. However, SEC-LS is not applicable to block, graft or heterophasic copolymers whose molecular composition can vary. And the methods are applicable to molecular weights ranging from that of the monomer to 3 000 000, but are not intended for samples that contain > 30 % of components having a molecular weight
Plastiques — Détermination de la masse moléculaire moyenne et de la distribution des masses moléculaires de polymères par chromatographie d'exclusion stérique — Partie 5: Méthode par diffusion lumineuse
Le présent document spécifie une méthode générale pour la détermination de la masse moléculaire moyenne et de la distribution des masses moléculaires de polymères à l'aide de la SEC-LS, c'est-à-dire de la chromatographie d'exclusion stérique associée à la détection par diffusion lumineuse. La masse moléculaire moyenne et la distribution des masses moléculaires sont calculées à partir des données de masse moléculaire et des concentrations en masse déterminées en continu avec le temps d'élution. La masse moléculaire à chaque temps d'élution est déterminée dans l'absolu en associant un détecteur à diffusion lumineuse à un détecteur sensible aux concentrations. La méthode SEC-LS est donc classée comme méthode absolue. Cette méthode s'applique aux homopolymères linéaires et aux homopolymères non linéaires tels que les polymères ramifiés, en étoile, en peigne, stéréo-réguliers et stéréo-irréguliers. Elle peut également s'appliquer aux copolymères hétérophasiques dont la composition moléculaire ne peut pas varier. Toutefois, la méthode SEC-LS ne s'applique pas aux copolymères séquencés, greffés ou hétérophasiques dont la composition moléculaire peut varier. Par ailleurs, les méthodes s'appliquent aux masses moléculaires allant de celle du monomère à 3 000 000, mais ne sont pas destinées aux échantillons contenant > 30 % de composants ayant une masse moléculaire
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16014-5
Second edition
2019-05
Plastics — Determination of average
molecular weight and molecular
weight distribution of polymers using
size-exclusion chromatography —
Part 5:
Light-scattering method
Plastiques — Détermination de la masse moléculaire moyenne
et de la distribution des masses moléculaires de polymères par
chromatographie d'exclusion stérique —
Partie 5: Méthode par diffusion lumineuse
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Principle . 2
5.1 SEC . 2
5.2 Light-scattering SEC . 2
6 Reagents . 3
7 Apparatus . 3
8 Procedure. 5
8.1 Preparation of calibration solutions . 5
8.2 Preparation of a solution for determining the L-point . 5
8.3 Preparation of sample solutions . 5
8.4 Preparation of solutions for column performance evaluation . 5
8.5 Setting up the apparatus. 5
8.6 Operating parameters . 5
8.6.1 Flow rate . 5
8.6.2 Injection masses and injection volumes . 5
8.6.3 Column temperature . 6
8.6.4 Detector sensitivity . 6
8.7 Number of determinations . 6
9 Calibration . 6
9.1 Calibration of concentration-sensitive detector and light-scattering detector . 6
9.1.1 General. 6
9.1.2 Calibration method A . 6
9.1.3 Calibration method B . 7
9.1.4 Calibration method C . 7
9.2 Determination of delay volume . 8
9.3 Normalization of detector sensitivity . 8
9.4 Determination of refractive index increment . 8
10 Data acquisition and processing . 8
10.1 Data acquisition . 8
10.2 Evaluation of data and correction of chromatograms . 8
10.3 Data processing . 8
10.3.1 Baseline determination . 8
10.3.2 Determination of calculation range . 9
10.3.3 Calculation of signal intensity . 9
10.3.4 Calculation of molecular weight . 9
10.3.5 Second virial coefficient, A . 9
11 Expression of results .10
11.1 Calibration curve .10
11.1.1 General.10
11.1.2 Method A .10
11.1.3 Method B .10
11.2 Calculation of average molecular weight .12
11.3 Differential molecular weight distribution curve .12
11.4 Cumulative molecular weight distribution curve .12
12 Precision .13
13 Test report .13
13.1 General .13
13.2 Apparatus and measurement parameters .13
13.3 Calibration of the system .13
13.4 Calibration curve .14
13.5 Results .14
Annex A (informative) Interlaboratory test .15
Annex B (informative) Information on light scattering .17
Annex C (informative) Calibration curve in low molecular weight range .21
Bibliography .23
iv © ISO 2019 – All rights reserved
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 61, Plastics, Subcommittee SC 5, Physical-
chemical properties.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 16014-5:2012), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— publication dates of references have been removed;
— molecular mass has been changed to molecular weight according to IUPAC rule.
A list of all parts in the ISO 16014 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.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16014-5:2019(E)
Plastics — Determination of average molecular weight
and molecular weight distribution of polymers using size-
exclusion chromatography —
Part 5:
Light-scattering method
1 Scope
This document specifies a general method for determining the average molecular weight and the
molecular weight distribution of polymers using SEC-LS, i.e. size-exclusion chromatography coupled
with light-scattering detection. The average molecular weight and the molecular weight distribution
are calculated from molecular weight data and weight concentrations determined continuously with
elution time. The molecular weight at each elution time is determined absolutely by combining a
light-scattering detector with a concentration-sensitive detector. Therefore, SEC-LS is classified as an
absolute method.
This method is applicable to linear homopolymers and to nonlinear homopolymers such as branched,
star-shaped, comb-like, stereo-regular and stereo-irregular polymers. It can also be applied to
heterophasic copolymers whose molecular composition cannot vary. However, SEC-LS is not applicable
to block, graft or heterophasic copolymers whose molecular composition can vary. And the methods are
applicable to molecular weights ranging from that of the monomer to 3 000 000, but are not intended
for samples that contain > 30 % of components having a molecular weight < 1 000.
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 472, Plastics — Vocabulary
ISO 16014-1, Plastics — Determination of average molecular weight and molecular weight distribution of
polymers using size-exclusion chromatography — Part 1: General principles
ISO 16014-2, Plastics — Determination of average molecular weight and molecular weight distribution of
polymers using size-exclusion chromatography — Part 2: Universal calibration method
ISO 16014-3, Plastics — Determination of average molecular weight and molecular weight distribution of
polymers using size-exclusion chromatography — Part 3: Low-temperature method
ISO 16014-4, Plastics — Determination of average molecular weight and molecular weight distribution of
polymers using size-exclusion chromatography — Part 4: High-temperature method
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 472, ISO 16014-1 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/
3.1
light-scattering detection
LS detection
technique for determining the mass or size of polymer molecules in solution by measuring the light
scattered by the polymer molecules
3.2
refractive index increment
d /d
n c
rate of change of the refractive index n of a polymer solution as a function of the mass concentration c
Note 1 to entry: It is also called the “specific refractive index increment” in the literature.
Note 2 to entry: The limiting value of d /d at zero concentration is commonly used in light scattering.
n c
4 Symbols
R radius of gyration of a polymer molecule in solution nm
g
3 −2
A second virial coefficient for a polymer molecule in solution cm ⋅mol⋅g
−3
c mass concentration of polymer in solution g⋅cm
d /d refractive index increment ml/g
n c
H excess signal intensity of a concentration detector at the ith elution time
i
I excess signal intensity of scattered light at the ith elution time
LS,i
V volume eluted during data acquisition time (interval) cm
e
5 Principle
5.1 SEC
For a discussion of size-exclusion chromatography in general, see ISO 16014-1.
5.2 Light-scattering SEC
In SEC-LS, polymer molecules eluted from the SEC columns are irradiated by a beam of monochromatic
visible light. The light scattered by the molecules is continuously detected by a light-scattering detector.
Since the eluate is a dilute polymer solution, the intensity of the scattered light is approximately
proportional to the product of the molecular weight and the mass concentration of the polymer
molecules. The scattered-light intensity divided by the concentration therefore gives the molecular
weight at a particular elution time. The values of the molecular weight and the mass concentration
or mass fraction at each elution time are used to calculate the molecular weight distribution and the
average molecular weight of the polymer.
There are several low molecular weight compounds that can be used, for example ethylbenzene when
tetrahydrofuran is used as eluent or diethylene glycol when N,N-dimethylformamide is used as eluent
(see Annex B).
2 © ISO 2019 – All rights reserved
6 Reagents
6.1 Eluent.
For a general discussion of eluents, see ISO 16014-1.
For examples of eluents used for SEC measurements at temperatures below and above 60 °C, see
ISO 16014-3:2019, Annex B and ISO 16014-4, respectively.
6.2 Reagent for column evaluation
For examples of low molecular weight compounds used for column evaluation, see ISO 16014-3, for
measurements at temperatures below 60 °C and ISO 16014-4, for those above 60 °C.
6.3 Calibration standards
Since the Rayleigh ratios of toluene and benzene are well-known, these solvents are recommended for
determining the calibration constant of the light-scattering detector (see B.2).
Aqueous solutions of potassium chloride (KCl) or sodium chloride (NaCl) are used for determining the
calibration constant of a refractive index detector. The concentration dependence of the differential
refractive index of the solutions is used to calculate the constant.
A low molecular weight, monodisperse polymer is used to determine the delay volume between the
light-scattering and concentration-sensitive detectors. This polymer may also be used to calibrate the
angular dependence of the detector sensitivity of a multiple-angle light-scattering detector. The radius
of gyration, R , of the polymer molecule used to calibrate the detector sensitivity, should preferably be
g
less than 10 nm. A radius of gyration less than 5 nm is desirable. Other compounds with a well-known
R value may also be used.
g
Polymer reference materials are used for molecular weight calibration ranges from 20 000 to 50 000.
Low molecular weight organic compounds or oligomers of the polymer in the sample under investigation
are used for determining the “L-point”.
6.4 Reagent for flow rate marker, according to ISO 16014-1.
For examples of compounds suitable for use as a flow rate marker, see ISO 16014-3, for measurements
at temperatures below 60 °C and ISO 16014-4, for those above 60 °C.
6.5 Additives, according to ISO 16014-1.
Some examples of additives are given in ISO 16014-3, for measurements below 60 °C and ISO 16014-4,
for those above 60 °C.
7 Apparatus
7.1 General
A typical schematic diagram of an SEC-LS system is shown in Figure 1, which is similar to that shown
in ISO 16014-1. The main difference is that a light-scattering detector is connected in series with the
concentration-sensitive detector. The light-scattering detector and concentration-sensitive detector
may also be connected in parallel. Any component that meets the performance requirements specified
for this method may be used.
Either commercially available SEC-LS systems or SEC-LS systems assembled in the laboratory may be
used for this method, provided they meet the levels of performance required.
Key
1 eluent reservoir 7 concentration-sensitive detector
2 pump 8 display
3 in-line filter 9 computer
4 injector 10 printer
5 columns 11 to waste
6 light-scattering detector
Figure 1 — Schematic diagram of a typical SEC LS system
7.2 Eluent reservoir, according to ISO 16014-1, and ISO 16014-3.
7.3 Pumping system, according to ISO 16014-1, and ISO 16014-3.
7.4 Injector, according to ISO 16014-1 and ISO 16014-3.
7.5 Columns.
7.5.1 General
According to ISO 16014-1, ISO 16014-3 and ISO 16014-4.
7.5.2 Determination of theoretical plate number, according to ISO 16014-1.
7.5.3 Determination of resolution factor, according to ISO 16014-1.
7.5.4 Determination of asymmetry factor, according to ISO 16014-1.
7.6 Detector.
7.6.1 Concentration-sensitive detector, according to ISO 16014-1.
7.6.2 Light-scattering detector, shall continuously monitor the intensity of the light scattered by the
eluent coming off the columns.
Commercially available light-scattering detectors that may be used include single detectors set at a very
low angle and detectors which can be set up at two or more angles.
To avoid band-broadening of the chromatogram, the volume of the flow cell shall be as small as possible.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
7.7 Tubing, according to ISO 16014-1.
7.8 Temperature control, according to ISO 16014-1.
7.9 Recorder and plotter, according to ISO 16014-1.
7.10 Data-processing system, according to ISO 16014-1.
7.11 Other components, according to ISO 16014-1.
An in-line filter is necessary to remove any particulates which might cause noise (spikes) in the output
of the light-scattering detector.
8 Procedure
8.1 Preparation of calibration solutions
Prepare solutions of a monodisperse polymer for determining the delay volume between the two
detectors. The concentration of the solutions shall be such that the light-scattering detector and
concentration-sensitive detector provide a signal intensity sufficient for data handling. A typical
concentration of the polymer is 5 mg/ml to 10 mg/ml for low molecular weight polymers.
These polymer solutions may also be used for correcting or normalizing the sensitivity of the light-
scattering detector.
8.2 Preparation of a solution for determining the L-point
A solution for determining the L-point may be prepared, if required, by dissolving appropriate oligomers
or other low molecular weight compounds in a suitable solvent. Typically, the concentration of this
solution is 1 mg/ml to 5 mg/ml.
8.3 Preparation of sample solutions
According to ISO 16014-3, for measurements below 60 °C and ISO 16014-4 for those above 60 °C.
8.4 Preparation of solutions for column performance evaluation
According to ISO 16014-3.
8.5 Setting up the apparatus
According to ISO 16014-3.
8.6 Operating parameters
8.6.1 Flow rate
According to ISO 16014-3.
8.6.2 Injection masses and injection volumes
According to ISO 16014-3.
8.6.3 Column temperature
According to ISO 16014-3.
8.6.4 Detector sensitivity
The signal intensity depends on the amount of sample injected, on the specific refractive index
increment d /d for a refractive index detector, on the absorbance per unit mass concentration for a UV
n c
detector, and on the average molecular weight of the sample for a light-scattering detector. The detector
sensitivity shall be set to obtain a strong peak signal for the sample, in order to ensure accurate data
handling.
The linear relationship between solute concentration and peak height shall be maintained by keeping
−5 −4
the sensitivity at the same setting. Recommended sensitivities are 1 × 10 to 9 × 10 RI units at full
scale for a refractive index detector and around 0,1 to 0,9 absorbance units at full scale for a UV detector.
8.7 Number of determinations
According to ISO 16014-3.
9 Calibration
9.1 Calibration of concentration-sensitive detector and light-scattering detector
9.1.1 General
Since SEC-LS is an absolute method, the concentration-sensitive and light-scattering detectors shall
be properly calibrated so as to give the correct Rayleigh ratio and mass concentration, respectively,
at each elution time. When using a refractive index detector as the concentration-sensitive detector,
the calibration constants of the refractive index detector and the light-scattering detector shall be
determined by one of the three calibration methods given in 9.1.2, 9.1.3 and 9.1.4. If another type of
concentration-sensitive detector is being used, such as an ultraviolet/visible detector or an infrared
detector, the calibration constants of the concentration-sensitive detector and the light-scattering
detector shall be determined by the method given in 9.1.3 or that given in 9.1.4. It should be noted that
the relative uncertainty of the calibration constant is directly proportional to that of the molecular
weight at each elution time and to that of the average molecular weight.
9.1.2 Calibration method A
In this method, the calibration constant k of a refractive index detector is determined by measuring
RI
the output I of the detector for standard solution(s), such as an aqueous solution of NaCl with known
RI
d /d and known concentration c, and calculating the constant using Formula (1):
n c
d
n
k =× cI/ (1)
()
RI RI
d
c
The calibration constant for the light-scattering detector is determined from the ratio of the detector
output produced by a calibration sample to the Rayleigh ratio of the calibration sample. Pure filtered
toluene is often used as the calibration sample, and is recommended because its Rayleigh ratio is well-
known and because it provides a strong scattered-light signal.
6 © ISO 2019 – All rights reserved
Once the constant k has been determined, the mass concentration c at the ith elution time can be
RI i
calculated using Formula (2):
k
RI
c = H (2)
i i
dd/
()
nc
where H is the intensity of the signal from the refractive index detector.
i
9.1.3 Calibration method B
In this method, the calibration constant for the concentration-sensitive detector is determined
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16014-5
Deuxième édition
2019-05
Plastiques — Détermination de la
masse moléculaire moyenne et de la
distribution des masses moléculaires
de polymères par chromatographie
d'exclusion stérique —
Partie 5:
Méthode par diffusion lumineuse
Plastics — Determination of average molecular weight and
molecular weight distribution of polymers using size-exclusion
chromatography —
Part 5: Light-scattering method
Numéro de référence
©
ISO 2019
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© ISO 2019
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Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 2
5 Principe . 2
5.1 SEC . 2
5.2 SEC avec diffusion lumineuse . 2
6 Réactifs . 3
7 Appareillage . 4
8 Mode opératoire. 5
8.1 Préparation des solutions d'étalonnage. 5
8.2 Préparation d'une solution pour la détermination du point L . 5
8.3 Préparation des solutions échantillons . 6
8.4 Préparation de solutions pour l'évaluation des performances de la colonne . 6
8.5 Réglage de l'appareillage . 6
8.6 Paramètres de fonctionnement . 6
8.6.1 Débit . 6
8.6.2 Masses d'injection et volumes d'injection . 6
8.6.3 Température des colonnes . 6
8.6.4 Sensibilité du détecteur . 6
8.7 Nombre de déterminations . 6
9 Étalonnage . 6
9.1 Étalonnage du détecteur sensible à la concentration et du détecteur de diffusion
lumineuse . 6
9.1.1 Généralités . 6
9.1.2 Méthode d'étalonnage A . 7
9.1.3 Méthode d'étalonnage B . 7
9.1.4 Méthode d'étalonnage C . 8
9.2 Détermination du volume de retard . 8
9.3 Normalisation de la sensibilité du détecteur . 8
9.4 Détermination de l'incrément de l'indice de réfraction . 8
10 Acquisition et traitement des données . 9
10.1 Acquisition des données . 9
10.2 Évaluation des données et correction des chromatogrammes . 9
10.3 Traitement des données . 9
10.3.1 Détermination de la base . 9
10.3.2 Détermination de la plage de calcul . 9
10.3.3 Calcul de l'intensité du signal . 9
10.3.4 Calcul de la masse moléculaire . 9
10.3.5 Second coefficient du viriel, A .
2 10
11 Expression des résultats.10
11.1 Courbe d'étalonnage .10
11.1.1 Généralités .10
11.1.2 Méthode A .10
11.1.3 Méthode B .10
11.2 Calcul de la masse moléculaire moyenne .14
11.3 Courbe de la distribution des masses moléculaires différentielles .14
11.4 Courbe de la distribution des masses moléculaires cumulées .14
12 Fidélité .14
13 Rapport d'essai .14
13.1 Généralités .14
13.2 Appareillage et paramètres de mesure .14
13.3 Étalonnage du système .15
13.4 Courbe d'étalonnage .15
13.5 Résultats .15
Annexe A (informative) Essai interlaboratoires .16
Annexe B (informative) Informations relatives à la diffusion lumineuse .18
Annexe C (informative) Courbe d'étalonnage pour une plage de masses moléculaires faibles .22
Bibliographie .24
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
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 le lien suivant: www .iso .org/iso/foreword .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 5,
Propriétés physicochimiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 16014-5:2012), qui a fait l'objet
d'une révision technique. Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les
suivantes:
— les dates de publication des références ont été supprimées;
— dans la version anglaise de la norme, le terme «molecular mass» (traduit par masse moléculaire)
a été remplacé par «molecular weight» (également traduit par masse moléculaire), conformément
aux règles de l'IUPAC.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 16014 est disponible sur le site 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.
NORME INTERNATIONALE ISO 16014-5:2019(F)
Plastiques — Détermination de la masse moléculaire
moyenne et de la distribution des masses moléculaires de
polymères par chromatographie d'exclusion stérique —
Partie 5:
Méthode par diffusion lumineuse
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie une méthode générale pour la détermination de la masse moléculaire
moyenne et de la distribution des masses moléculaires de polymères à l'aide de la SEC-LS, c'est-à-dire
de la chromatographie d'exclusion stérique associée à la détection par diffusion lumineuse. La masse
moléculaire moyenne et la distribution des masses moléculaires sont calculées à partir des données
de masse moléculaire et des concentrations en masse déterminées en continu avec le temps d'élution.
La masse moléculaire à chaque temps d'élution est déterminée dans l'absolu en associant un détecteur
à diffusion lumineuse à un détecteur sensible aux concentrations. La méthode SEC-LS est donc classée
comme méthode absolue.
Cette méthode s'applique aux homopolymères linéaires et aux homopolymères non linéaires tels que
les polymères ramifiés, en étoile, en peigne, stéréo-réguliers et stéréo-irréguliers. Elle peut également
s'appliquer aux copolymères hétérophasiques dont la composition moléculaire ne peut pas varier.
Toutefois, la méthode SEC-LS ne s'applique pas aux copolymères séquencés, greffés ou hétérophasiques
dont la composition moléculaire peut varier. Par ailleurs, les méthodes s'appliquent aux masses
moléculaires allant de celle du monomère à 3 000 000, mais ne sont pas destinées aux échantillons
contenant > 30 % de composants ayant une masse moléculaire < 1 000.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte 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 472, Plastiques — Vocabulaire
ISO 16014-1, Plastiques — Détermination de la masse moléculaire moyenne et de la distribution des masses
moléculaires de polymères par chromatographie d’exclusion stérique — Partie 1: Principes généraux
ISO 16014-2, Plastiques — Détermination de la masse moléculaire moyenne et de la distribution des masses
moléculaires de polymères par chromatographie d’exclusion stérique — Partie 2: Méthode d’étalonnage
universelle
ISO 16014-3, Plastiques — Détermination de la masse moléculaire moyenne et de la distribution des masses
moléculaires de polymères par chromatographie d’exclusion stérique — Partie 3: Mesurage aux basses
températures
ISO 16014-4, Plastiques — Détermination de la masse moléculaire moyenne et de la distribution des
masses moléculaires de polymères par chromatographie d’exclusion stérique — Partie 4: Mesurage aux
températures élevées
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 472, ISO 16014-1, ainsi que
les suivants, s'appliquent.
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 http: //www .electropedia .org/
3.1
détection par diffusion lumineuse
détection LS
technique permettant de déterminer la masse ou la taille des molécules de polymère en solution en
mesurant la lumière diffusée par les molécules de polymère
3.2
incrément de l'indice de réfraction
d /d
n c
taux de variation de l'indice de réfraction n d'une solution de polymères en fonction de la concentration
en masse c
Note 1 à l'article: Dans les ouvrages de référence, il est également appelé «incrément de l'indice de réfraction
spécifique».
Note 2 à l'article: La valeur limite de d /d à concentration zéro est couramment utilisée dans la diffusion
n c
lumineuse.
4 Symboles
R rayon de rotation de la molécule de polymère en solution nm
g
3 −2
A second coefficient du viriel d'une molécule de polymère en solution cm ⋅mol⋅g
−3
c concentration en masse du polymère en solution g⋅cm
d /d incrément de l'indice de réfraction ml/g
n c
H intensité de signal excédentaire d'un détecteur de concentration au ième
i
temps d'élution
I intensité de signal excédentaire d'une lumière diffusée au ième temps d'élution
LS,i
V volume élué durant le temps d'acquisition des données (intervalle) cm
e
5 Principe
5.1 SEC
Pour une présentation concernant la chromatographie d'exclusion en général, voir l'ISO 16014-1.
5.2 SEC avec diffusion lumineuse
En SEC-LS, les molécules de polymère éluées à partir de colonnes de chromatographie d'exclusion
stérique sont irradiées par un faisceau de lumière visible monochromatique. La lumière diffusée par
les molécules est détectée en continu par un détecteur de diffusion lumineuse. Comme l'éluat est
constitué d'une solution de polymère diluée, l'intensité de la lumière diffusée est approximativement
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proportionnelle au produit de la masse moléculaire et de la concentration en masse des molécules de
polymère. L'intensité lumineuse diffusée divisée par la concentration donne donc la masse moléculaire
à un temps d'élution particulier. Les valeurs de la masse moléculaire et la concentration en masse ou
la fraction massique à chaque temps d'élution sont utilisées pour calculer la distribution des masses
moléculaires et la masse moléculaire moyenne du polymère.
Plusieurs composés organiques de faible masse moléculaire peuvent être utilisés, par exemple
l'éthylbenzène lorsque le tétrahydrofuranne est utilisé comme éluant ou le diéthylèneglycol lorsque le
N,N-diméthylformamide est utilisé comme éluant (voir l'Annexe B).
6 Réactifs
6.1 Éluant
Pour une présentation générale des éluants, voir l'ISO 16014-1.
Pour des exemples d'éluants utilisés pour les mesurages par SEC à des températures inférieures et
supérieures à 60 °C, voir respectivement l'ISO 16014-3:2019, Annexe B et l'ISO 16014-4.
6.2 Réactif pour évaluation de la colonne
Des exemples de composés à faible masse moléculaire utilisés pour l'évaluation de la colonne sont donnés
dans l'ISO 16014-3, pour des mesurages à des températures inférieures à 60 °C et dans l'ISO 16014-4,
pour des mesurages à des températures supérieures à 60 °C.
6.3 Étalons
Comme les rapports de Rayleigh du toluène et du benzène sont bien connus, ces solvants sont
recommandés pour déterminer la constante d'étalonnage du détecteur de diffusion lumineuse (voir B.2).
Des solutions aqueuses de chlorure de potassium (KCI) ou de chlorure de sodium (NaCl) sont
utilisées pour déterminer la constante d'étalonnage d'un détecteur d'indice de réfraction. La relation
de dépendance à la concentration de l'indice de réfraction différentiel des solutions est utilisée pour
calculer la constante.
Un polymère monodispersé à faible masse moléculaire est utilisé pour déterminer le volume de retard
entre le détecteur de diffusion lumineuse et le détecteur sensible à la concentration. Ce polymère peut
également être utilisé pour l'étalonnage de la dépendance angulaire de la sensibilité d'un détecteur
de diffusion lumineuse à angles multiples. Il convient que le rayon de rotationR de la molécule de
g
polymère utilisée pour étalonner la sensibilité du détecteur soit de préférence inférieur à 10 nm. Un
rayon de rotation inférieur à 5 nm est souhaitable. D'autres composés dont la valeur R est bien connue
g
peuvent également être utilisés.
Des matériaux de référence polymères sont utilisés pour des intervalles d'étalonnage de la masse
moléculaire compris entre 20 000 et 50 000.
Des composés organiques de faible masse moléculaire ou des oligomères du polymère dans l'échantillon
étudié sont utilisés pour déterminer le «point L».
6.4 Réactif pour marqueur de débit, conformément à l'ISO 16014-1.
Pour des exemples de composés convenant à une utilisation en tant que marqueur de débit, voir
l'ISO 16014-3, pour des mesurages à des températures inférieures à 60 °C et l'ISO 16014-4, pour des
mesurages à des températures supérieures à 60 °C.
6.5 Additifs, conformément à l'ISO 16014-1.
Des exemples d'additifs sont donnés dans l'ISO 16014-3, pour des mesurages à des températures
inférieures à 60 °C et dans l'ISO 16014-4, pour des mesurages à des températures supérieures à 60 °C.
7 Appareillage
7.1 Généralités
Un schéma type de système SEC-LS est présenté à la Figure 1; celui-ci est similaire au système présenté
dans l'ISO 16014-1. La principale différence est qu'un détecteur de diffusion lumineuse est connecté en
série avec le détecteur sensible à la concentration. Le détecteur de diffusion lumineuse et le détecteur
sensible à la concentration peuvent également être connectés en parallèle. Tout élément satisfaisant aux
exigences de performances spécifiées pour la présente méthode peut être utilisé.
Des systèmes SEC-LS disponibles dans le commerce ou des systèmes SEC-LS assemblés en
laboratoire peuvent être utilisés pour cette méthode, à condition qu'ils satisfassent aux niveaux de
performances requis.
Légende
1 réservoir d'éluant 7 détecteur sensible à la concentration
2 pompe 8 écran
3 filtre en ligne 9 ordinateur
4 injecteur 10 imprimante
5 colonnes 11 vers rebut
6 détecteur de diffusion lumineuse
Figure 1 — Représentation schématique d'un système SEC-LS type
7.2 Réservoir d'éluant, conformément à l'ISO 16014-1 et à l'ISO 16014-3.
7.3 Système de pompage, conformément à l'ISO 16014-1 et à l'ISO 16014-3.
7.4 Injecteur, conformément à l'ISO 16014-1 et à l'ISO 16014-3.
7.5 Colonnes.
7.5.1 Généralités
Conformément à l'ISO 16014-1, ISO 16014-3 et à l'ISO 16014-4.
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7.5.2 Détermination du nombre de plateaux théoriques, conformément à l'ISO 16014-1.
7.5.3 Détermination du facteur de résolution, conformément à l'ISO 16014-1.
7.5.4 Détermination du facteur d'asymétrie, conformément à l'ISO 16014-1.
7.6 Détecteur.
7.6.1 Détecteur sensible à la concentration, conformément à l'ISO 16014-1.
7.6.2 Détecteur de diffusion lumineuse, doit surveiller en continu l'intensité de la lumière diffusée
par l'éluant provenant des colonnes.
Certains détecteurs de diffusion lumineuse disponibles dans le commerce pouvant être utilisés
comprennent des détecteurs uniques disposés à très petit angle et des détecteurs qui peuvent être
disposés à deux angles ou plus.
Pour éviter l'étalement des pics du chromatogramme, le volume de la cellule de débit doit être le plus
faible possible.
7.7 Tube, conformément à l'ISO 16014-1.
7.8 Contrôle de la température, conformément à l'ISO 16014-1.
7.9 Dispositif d'enregistrement et de traçage de la courbe, conformément à l'ISO 16014-1.
7.10 Système de traitement des données, conformément à l'ISO 16014-1.
7.11 Autres éléments, conformément à l'ISO 16014-1.
Un filtre monté en ligne est nécessaire afin d'éliminer des particules pouvant provoquer un bruit de
fond (impulsions fines) en sortie du détecteur de diffusion lumineuse.
8 Mode opératoire
8.1 Préparation des solutions d'étalonnage
Préparer des solutions de polymère monodispersé afin de déterminer le volume de retard entre les deux
détecteurs. La concentration des solutions doit être telle que le détecteur de diffusion lumineuse et le
détecteur sensible à la concentration produisent une intensité de signal suffisante pour le traitement
des données. Une concentration de polymère type est de 5 mg/ml à 10 mg/ml pour les polymères à
faible masse moléculaire.
Ces solutions de polymère peuvent également être utilisées pour corriger ou normaliser la sensibilité
du détecteur de diffusion lumineuse.
8.2 Préparation d'une solution pour la détermination du point L
Une solution permettant de déterminer le point L peut être préparée, si nécessaire, en dissolvant des
oligomères appropriés ou d'autres composés dont la masse moléculaire est faible dans un solvant
approprié. Typiquement, la concentration de cette solution est de 1 mg/ml à 5 mg/ml.
8.3 Préparation des solutions échantillons
Conformément à l'ISO 16014-3, pour des mesurages à des températures inférieures à 60 °C et à
l'ISO 16014-4 pour des mesurages à des températures supérieures à 60 °C.
8.4 Préparation de solutions pour l'évaluation des performances de la colonne
Conformément à l'ISO 16014-3.
8.5 Réglage de l'appareillage
Conformément à l'ISO 16014-3.
8.6 Paramètres de fonctionnement
8.6.1 Débit
Conformément à l'ISO 16014-3.
8.6.2 Masses d'injection et volumes d'injection
Conformément à l'ISO 16014-3.
8.6.3 Température des colonnes
Conformément à l'ISO 16014-3.
8.6.4 Sensibilité du détecteur
L'intensité du signal dépend de la quantité d'échantillon injectée, de l'incrément de l'indice de réfraction
spécifique d /d pour un détecteur d'indice de réfraction, de l'absorbance par concentration unitaire
n c
en masse pour un détecteur UV, et de la masse moléculaire moyenne de l'échantillon pour un détecteur
de diffusion lumineuse. La sensibilité du détecteur doit être réglée afin d'obtenir, pour l'échantillon, un
signal de crête puissant afin de garantir un traitement précis des données.
La relation linéaire entre la concentration de soluté et la hauteur du pic doit être maintenue en ne
modifiant pas le paramétrage de la sensibilité. Les sensibilités recommandées sont comprises entre
−5 −4
1 × 10 et 9 × 10 unités RI pleine échelle pour un détecteur d'indice de réfraction et entre 0,1 et
0,9 unités d'absorbance pleine échelle pour un détecteur UV.
8.7 Nombre de déterminations
Conformément à l'ISO 16014-3.
9 Étalonnage
9.1 Étalonnage du détecteur sensible à la concentration et du détecteur de diffusion
lumineuse
9.1.1 Généralités
Étant donné que la méthode SEC-LS est une méthode absolue, les détecteurs sensibles à la concentration
et de diffusion lumineuse doivent être convenablement étalonnés afin de donner respectivement
le rapport de Rayleigh et la concentration en masse corrects à chaque temps d'élution. Lorsque l'on
utilise un détecteur d'indice de réfraction comme détecteur sensible à la concentration, les constantes
d'étalonnage du détecteur d'indice de réfraction et du détecteur de diffusion lumineuse doivent être
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déterminées au moyen de l'une des trois méthodes d'étalonnage données en 9.1.2, 9.1.3 et 9.1.4. Si un
autre type de détecteur sensible à la concentration est utilisé, par exemple un détecteur ultraviolet/
visible ou un détecteur infrarouge, les constantes d'étalonnage du détecteur sensible à la concentration
et du détecteur de diffusion lumineuse doivent être déterminées par la méthode donnée en 9.1.3 ou
celle donnée en 9.1.4. Il convient de noter que l'incertitude relative de la constante d'étalonnage est
directement proportionnelle à celle de la masse moléculaire à chaque temps d'élution et à celle de la
masse moléculaire moyenne.
9.1.2 Méthode d'étalonnage A
Dans cette méthode, la constante d'étalonnage k d'un détecteur d'indice de réfraction est déterminée
RI
en mesurant la sortie I du détecteur pour une (des) solution(s) étalon comme une solution aqueuse de
RI
NaCl pour laquelle le rapport d /d et la concentration c sont connus et en calculant la constante à partir
n c
de la Formule (1):
d
n
k =× cI/ (1)
()
RI RI
d
c
La constante d'étalonnage du détecteur de diffusion lumineuse est déterminée à partir du rapport
suivant: donnée de sortie du détecteur fournie par un échantillon d'étalonnage sur rapport de Rayleigh
de l'échantillon d'étalonnage. Du toluène pur filtré est souvent utilisé comme échantillon d'étalonnage
et est recommandé car son rapport de Rayleigh est bien connu et parce qu'il donne un puissant signal
de lumière diffusée.
Une fois que la constante k a été déterminée, la concentration en masse c au ième temps d'élution
RI i
peut être calculée à partir de la Formule (2):
k
RI
c = H (2)
i i
dd/
()
nc
où H est l'intensité du signal du détecteur d'indice de réfraction.
i
9.1.3 Méthode d'étalonnage B
Dans cette méthode, la constante d'étalonnage pour le détecteur sensible à la concentration est
déterminée à partir du chromatogramme SEC produit par une masse injectée totale m d'un échantillon
Tot
de polymère dont le rapport d /d est connu, comme par exemple une solution de polystyrène dans du
n c
THF, à l'aide de la Formule (3):
m
Tot
k = dd/ (3)
()
R
...
Questions, Comments and Discussion
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