mile米乐官方网站 分子量无变化的高分子标准材料的开发

独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长中钵良二]（以下简称“AIST”）测量标准研究部[研究部主任千叶浩一]纳米材料测量系[研究生院院长藤本敏之]粒子测量实验室[实验室主任樱井浩]首席研究员高桥香赖和公制标准管理中心测量培训中心衣笠真一中心主任是人为创建的合成聚合物聚合度是单一的并且分子量没有变化经过认证的参考资料

　该标准材料的制定超临界流体色谱建立技术来实现的根据聚合度分离合成聚合物的各个分子，以及有效收集具有单一聚合度的分离聚合物的技术。新开发的标准材料有望有助于精确测量聚合物材料的分子量和纳米粒子的精确直径。此外，经过认证的标准材料聚乙二醇(23-mer) [NMIJ CRM 5011-a] 将于 2014 年 7 月 23 日起通过承包商分发。

开始分发聚乙二醇（23 聚体）认证标准物质

　当今的许多工业产品，包括药品和半导体，都非常精密和微小，需要先进的功能和纳米级的加工技术。使用合成高分子材料的制造和研发领域已经达到了需要分子水平控制的阶段。生物产生的物质（例如 DNA）具有较大的分子量，但通常具有均匀的分子长度，使它们能够执行极其精确的功能。通过精确控制分子长度和缩小分子量分布，合成聚合物也有望表现出更清晰的物理性能。然而，在很多情况下，合成分子量均一的人造聚合物仍然很困难，为技术创新留下了很大的空间。

到目前为止，合成聚合物的标准材料已由世界各地的标准实验室分配，但它们都具有分子量分布，即它们是不同聚合度的聚合物的混合物。为了满足高分子材料制造和研发领域对精密化、小型化的需求，提高聚合物测量的精度，需要由分子量完全均匀的聚合物制成的标准材料。

　迄今为止，AIST使用聚乙二醇和其他标准物质，其中合成聚合物的分子量已作为认证值聚苯乙烯分发了约10种标准材料作为原材料。其他国家只重视平均/代表性分子量（图 1 中的 1），而 AIST 的标准材料则按照认证值定价，包括其所含的所有聚合物的分数（即分子量分布状态）（图 1 中的 2）。因此，它可用于校准和评估各类色谱仪、质谱仪和其他不仅可以测量分子量平均值而且可以测量其分布宽度和窄度的设备的有效性。

　然而，使用具有分子量分布的标准物质来高精度校准测量仪器并不总是那么容易。这是因为，根据测量仪器的不同，每种分子量的检测灵敏度也不同，并且不同类型的仪器测量的分子量分布也不同。为了将测量装置的测量值与分配给标准物质的分子量分布进行比较，需要预先研究检测器的特性并对分子量分布的测量值进行校正，但这种校正通常非常复杂并且具有很大的不确定性。为了解决这个问题，AIST一直致力于开发如图1中3所示的没有分子量变化的标准材料，并且可以直接准确地测量包括分子量在内的各种物理性质值，而无需校正。

图1单一聚合度高分子标准物质生产流程示意图

　聚乙二醇是少数水溶性且可口服的合成聚合物之一，广泛应用于药品和家庭用品等领域。近年来，它已成为一种需要精确分子量控制的材料，作为蛋白质的改性剂和药物输送系统的基础材料，并且对其作为标准材料的需求也很高。这次，我们开发了单一分子量的聚乙二醇标准物质。

　常规低分子物质的聚合反应中，副产物无法完全抑制，因此难以获得单一分子量的聚合物。该标准材料是通过开发一种技术来创建的，该技术使用超临界流体色谱法从含有多种不同聚合度分子的市售样品中分离出具有单一聚合度的分子，以及高效、自动收集分离出的具有单一聚合度的分子的系统。超临界流体色谱分离系统的开发是与日本分光株式会社合作完成的。

图2示出了通过超临界流体色谱法分离平均分子量约1000(聚合度约23)的市售聚乙二醇的例子。这次，他们使用二氧化碳作为超临界流体，精确控制温度、压力和流量，通过适当调节填料和聚乙二醇之间的相互作用，从含有许多不同聚合度成分的样品中分离出具有所需聚合度的聚合物。图中方框所包围的区域为聚合度为23的聚合物，仅收集其中所含的聚合物并纯化为单一聚合度的聚乙二醇(23聚体)。聚乙二醇重复单元的分子量为44，单位聚合度的分子量小于聚苯乙烯的104或聚碳酸酯的254，因此优化分离条件以根据聚合度分离聚合物非常重要。此次开发的标准物质聚乙二醇23聚体的质量分数为0998±0002（kg/kg），考虑到扩展不确定度，纯度较高。此外，利用新开发的技术，可以开发23聚体以外的聚乙二醇标准物质。也可适用于聚乙二醇以外的一般聚合物。

　新开发的标准材料具有单一聚合度，如图1中的3所示，并且没有分子量分布，如图1中的1和2所示，因此可以有助于在聚合物的各种测量中实现更高的精度。例如，可以高精度地校准、检查有效性和评估聚合物分子量测量装置的分辨率。测量纳米粒子时，它也可以用作粒径标准。此外，粘度、密度、折射率等物性值的测量不需要对分子量分布进行校正，因此即使对于分子量依赖性不明确的物性值，也不存在与换算相关的不确定性，从而可以获得高精度的数据。

图2超临界流体色谱法分离聚乙二醇的实施例 （n表示聚合度)

　新开发的标准物质将从2014年7月23日起作为认证标准物质“NMIJ CRM 5011-a聚乙二醇（23聚体）”进行分发。

◆合成聚合物

组成物质的分子的大小是决定该物质基本物理性质的量度，小分子称为“低分子”，大分子称为“大分子”。此外，天然存在的大分子物质被称为“天然聚合物”，而使用石油等典型原材料人工生产的聚合物通常被称为“合成聚合物”。构成生物体的蛋白质和DNA被称为“天然聚合物”，而工厂生产的塑料、合成橡胶和合成纤维则被称为“合成聚合物”。[返回来源]

◆聚合度

DNA等天然聚合物通常是通过“复制”分子形成的，而人工生产的合成聚合物则是通过重复化学反应将石油和其他原材料制成的小分子“聚合”成较大分子的过程形成的。在这种需要重复化学反应的人工“聚合”过程中，聚合度是一个数字，表示有多少小分子由于化学反应而连接在一起。高度聚合意味着许多小分子结合形成大分子。然而，化学反应很难均匀地进行，并且用作一般工业材料的合成聚合物含有不同聚合度的分子。[返回来源]

◆认证标准材料

AIST 国家计量中心是一个国家计量组织，根据国际标准规定的程序分发可追溯至国家计量标准的参考材料。此类标准材料特别称为“认证标准材料”，包含可追溯特征值的证书与标准材料一起交付给购买者。[返回来源]

◆超临界流体色谱

色谱法通常是指使液体或气体作为流动相流过固定相（例如携带填充材料的管），将待分离的混合物注入该流场中，通过固定相与流动相之间的相互作用将混合物分离成各个组分的方法。超临界流体色谱使用超临界流体（液体和气体之间的中间状态）作为色谱的流动相，而不是液体或气体。超临界流体比普通液体具有更高的分离能力，还可以分离气体中难以分散的高分子物质。近年来，超临界流体色谱法作为液相色谱法的替代品而受到关注，液相色谱法使用有害有机溶剂作为流动相，因为它能够重复利用火力发电副产品排放的二氧化碳，从而对环境友好。[返回来源]

◆聚乙二醇

作为代表性的水溶性合成聚合物，作为家庭用品、化妆品、药品和洗涤剂的原料被大量消耗。它作为主要用于测量水溶性物质的标准物质有着悠久的历史，AIST提供三种不同分子量的认证标准物质。目前的23聚体是第四种类型，计划根据需求调查继续依次开发。[返回来源]

◆聚苯乙烯

作为一种不溶于水但溶于有机溶剂的合成聚合物，长期以来一直被用作廉价的塑料材料。它作为标准物质有着悠久的历史，许多标准物质可从各国国家实验室和私营分析设备制造商处购买到。 AIST还提供五种不同分子量的认证标准物质。[返回来源]