JP4439211B2 - Method for determining weight average molar mass, mean square radius, and second virial coefficient of unfractionated sample - Google Patents

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Description

背景
溶液中の分子は一般に、それらの重量平均モル質量Mw、それらの平均2乗半径<rg 2>、および第2ビリアル係数A2によって特徴付けられる。後者は分子と溶媒間の相互作用の指標である。分画されていない溶液については、これらの特性は、それらが光を散乱させる様子を、ブルーノ・ジム(Bruno Zimm)が1948年に非特許文献1に発表した独創的な論文に記載した方法を用いて測定することによって決定されてもよい。少量の溶液から散乱された光が、ある範囲の角度および濃度にわたって測定される。光散乱測定から導き出される特性は、ジムによって開発された以下の式を介して関係付けられる。
Background Molecules in solution are generally characterized by their weight average molar mass M w , their mean square radius <r g 2 >, and a second virial coefficient A 2 . The latter is an indicator of the interaction between the molecule and the solvent. For unfractionated solutions, these properties show how they scatter light, as described in an original paper published by Bruno Zimm in 1948 in Non-Patent Document 1. It may be determined by using and measuring. Light scattered from a small amount of solution is measured over a range of angles and concentrations. Properties derived from light scattering measurements are related via the following equation developed by Jim:

Figure 0004439211
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式中、R(θ)は単位立体角あたりの方向θにおける測定された過剰レイリー比で、R(θ)=[Is(θ)−Isolv(θ)]r2/I0Vとして定義され、Is(θ)は角度の関数としての、溶液により散乱される光の強度であり、Isolv(θ)は角度の関数としての、溶媒から散乱される光の強度であり、I0は入射強度であり、rは散乱体積から検出器までの距離であり、Vは検出器により見られる照光された体積であり、P(θ)は散乱する分子の形状因子で、 Where R (θ) is the excess Rayleigh ratio measured in the direction θ per unit solid angle, defined as R (θ) = [I s (θ) −I solv (θ)] r 2 / I 0 V Where I s (θ) is the intensity of light scattered by the solution as a function of angle, I solv (θ) is the intensity of light scattered from the solvent as a function of angle, and I 0 Is the incident intensity, r is the distance from the scattering volume to the detector, V is the illuminated volume seen by the detector, P (θ) is the shape factor of the molecule being scattered,

Figure 0004439211
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として定義され、K*=4π2(dn/dc)20 2/(Naλ0 4)であり、Naはアボガドロ数であり、dn/dcは屈折率増分であり、n0は溶媒屈折率であり、λ0は真空中の入射光の波長である。形状因子は以下の式によって平均2乗半径に関連付けられる。 K * = 4π 2 (dn / dc) 2 n 0 2 / (N a λ 0 4 ), N a is the Avogadro number, dn / dc is the refractive index increment, and n 0 is Solvent refractive index, λ 0 is the wavelength of incident light in vacuum. The form factor is related to the mean square radius by the following equation:

Figure 0004439211
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ある範囲の散乱角度にわたる光散乱データの収集は、より一般的には、多角度光散乱MALS(multiangle light scattering)として言及される。データは次に式(1)にフィットされ、Mw、<rg 2>、およびA2が抽出される。この目的のため、式(1)の逆数がより一般的に用いられ、それは以下のように書かれてもよい。 The collection of light scattering data over a range of scattering angles is more commonly referred to as multiangle light scattering (MALS). The data is then fitted to equation (1) and M w , <r g 2 >, and A 2 are extracted. For this purpose, the inverse of equation (1) is more commonly used and it may be written as:

Figure 0004439211
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データを式(3)にフィットさせる方法はいくつかある。歴史的に最も一般的な方法は、ジムによって提示された図解法をソフトウェアで模倣することである。これはしばしばジムプロット法として言及される。また、これに代えて、以下に述べる包括的な非線形最小2乗フィット法を用いてもよい。   There are several ways to fit the data to equation (3). The most common method in history is to mimic the graphical method presented by Jim with software. This is often referred to as the Jim plot method. Alternatively, a comprehensive nonlinear least squares fit method described below may be used.

分子溶液を特徴付ける強力な1つの方法は、試料をまずサイズ排除クロマトグラフィSEC(size exclusion chromatography)などのクロマトグラフィ手段によって分画し、次に散乱された光および濃度を溶出容量vの関数として測定することである。分画が十分に分離される場合、各容量試料は本質的に単分散であると考えられ得る。A2が以前の実験から公知である場合、または濃度が十分低くて散乱光に対するA2の影響が取るに足りない場合、データを式(1)または(3)にフィットさせて分布M(v)およびrg 2(v)を抽出してもよい。これは、カリフォルニア州サンタバーバラ(Santa Barbara)のワイアット・テクノロジー・コーポレイション(Wyatt Technology Corporation)により開発されたASTRA(登録商標)プログラムなどの市販ソフトウェアによって、日常的に行なわれる。 One powerful method for characterizing molecular solutions is to fractionate the sample first by chromatographic means such as size exclusion chromatography (SEC) and then measure the scattered light and concentration as a function of the elution volume v. It is. If the fractions are well separated, each volume sample can be considered monodisperse in nature. If A 2 is known from previous experiments, or if the concentration is low enough that the effect of A 2 on the scattered light is negligible, the data is fitted to equation (1) or (3) and the distribution M (v ) And r g 2 (v) may be extracted. This is routinely performed by commercially available software such as the ASTRA® program developed by Wyatt Technology Corporation of Santa Barbara, California.

2項がいつ無視されてもよいかを特徴付ける性能指数FOM(figure of merit)を定義してもよい。式(1)は、A2がc2項の前因子であることを示す。式(1)の括弧内の項の大きさを比較することにより、FOMは以下のように定義されてもよい。 A figure of merit (FOM) may be defined that characterizes when the A 2 term may be ignored. Equation (1) shows that A 2 is a prefactor for the c 2 term. By comparing the size of the terms in parentheses in equation (1), the FOM may be defined as follows:

Figure 0004439211
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ジム数式の微分において仮定されたように、FOM<<1の場合、第2ビリアル係数は光散乱信号に若干の影響しかもたらさない。光散乱によって第2ビリアル係数を測定したい場合、FOMは、影響が良好な精度で測定可能となるのに十分なほど大きくなければならないが、式(1)においてより高次の濃度の項が必要となるほど大きくなってはならない。SECカラムは試料をカラムあたり約1桁希釈するため、クロマトグラフィ分離から生じる濃度はA2が通常無視され得るのに十分なほど低いというのが通例である。クロマトグラフィ分離法の詳細、質量およびサイズモーメントの定義と計算、および関連する分布を説明するために用いられる用語の説明は、非特許文献2のワイアットによる1993年総論に見られる。 As assumed in the derivative of the Jim equation, the second virial coefficient has only a slight effect on the light scattering signal when FOM << 1. If you want to measure the second virial coefficient by light scattering, the FOM must be large enough that the effect can be measured with good accuracy, but requires a higher-order concentration term in equation (1) It must not be so large. Since SEC columns dilute samples about an order of magnitude per column, the concentration resulting from chromatographic separation is typically low enough that A 2 can usually be ignored. Details of chromatographic separation methods, definitions and calculations of mass and size moments, and explanations of terms used to describe the associated distributions can be found in the 1993 general review by Wyatt in Non-Patent Document 2.

要約すると、光散乱測定には2つのモードがある。バッチモードでは、単一の試料の一連の光散乱測定が異なる濃度で行なわれる。散乱信号の濃度および角度依存性によって、Mw、<rg 2>、およびA2が決定される。クロマトグラフィモードでは、試料が溶出するにつれて試料の組成が変わるため、A2の先験的知識が要求されるが、分布M(v)およ
びrg 2(v)は測定可能である。これらの分布から、平均値Mwおよび<rg 2>が計算されてもよい。なお、分画された試料測定から計算された値は、バッチ試料から測定された値と同一であるべきである。A2=0という仮定、および検出器間のバンドの拡張による歪みから、差異が生じる。
In summary, there are two modes of light scattering measurement. In batch mode, a series of light scattering measurements on a single sample are made at different concentrations. M w , <r g 2 >, and A 2 are determined by the concentration and angular dependence of the scattered signal. In chromatographic mode, the composition of the sample changes as the sample elutes, so a priori knowledge of A 2 is required, but the distributions M (v) and r g 2 (v) are measurable. From these distributions, mean values M w and <r g 2 > may be calculated. Note that the value calculated from the fractionated sample measurement should be the same as the value measured from the batch sample. The difference arises from the assumption that A 2 = 0 and distortion due to band expansion between detectors.

2はバッチ測定から決定され得るが、試料濃度がクロマトグラフィ溶出の場合と同様に連続的に時間とともに変動する場合、第2ビリアル係数が正確に測定できるのかという疑問が残る。ハウイー(Howie)、ジャクソン(Jackson)、およびワイアットによる米国特許第5,129,723号には、溶出および完全な混合に続いて、分画されていない試料をMALS検出器に注入する方法が記載された。この手順により、光散乱検出器を通過する試料ピークが作り出され、そのプロファイルは、溶出されてはいるがまだ分画されていない試料の濃度プロファイルに比例すると仮定された。各薄片での質量分布は同じであるため、プロファイルの各点は、その点で、試料の濃度×重量平均モル質量に比例するということが、式(3)を参照し、A2=0と設定することによって仮定された。これに基づき、1組のこれらの点を用いてジムプロットが作成可能であり、関連する重量平均モル質量、平均2乗半径、および第2ビリアル係数が次に導き出された。試料ピーク曲線を濃度プロファイルに変換するには、注入された総質量の知識で十分であったため、濃度検出器は必要ないと考えられた。しかしながら、この方法には欠陥があった。なぜなら、A2
が0であるという仮定は、そうではないという導き出された結果に矛盾していたからである。
A 2 can be determined from batch measurements, but the question remains whether the second virial coefficient can be accurately measured if the sample concentration varies continuously with time as in chromatographic elution. US Pat. No. 5,129,723 by Howie, Jackson, and Wyatt describes a method for injecting an unfractionated sample into a MALS detector following elution and thorough mixing. It was done. This procedure created a sample peak that passed through the light scattering detector and its profile was assumed to be proportional to the concentration profile of the sample that was eluted but not yet fractionated. Since the mass distribution in each flake is the same, each point of the profile is proportional to the sample concentration × weight average molar mass at that point, with reference to equation (3) and A 2 = 0 Assumed by setting. Based on this, a set of these points could be used to generate a Jim plot, and the associated weight average molar mass, mean square radius, and second virial coefficient were derived. Since the knowledge of the total mass injected was sufficient to convert the sample peak curve to a concentration profile, a concentration detector was considered unnecessary. However, this method was flawed. Because A 2
This is because the assumption that is 0 is inconsistent with the derived result that it is not.

第2の方法はクロマトグラフィ構成を用いることであり、その場合、光散乱および濃度検出器の双方が使用される。単分散の試料を注入し、またはクロマトグラフィ法を開発して単量体のピークを分画する場合、各溶出留分での重量平均モル質量は各ピーク全体にわたって一定でなければならない。MALSおよび濃度データから、ジムプロット分析が、溶出プロファイルのいくつかの異なる薄片、または薄片の組での値から行なわれてもよい。重量平均モル質量、平均2乗半径、および第2ビリアル係数が次に導き出されてもよい。しかしながら、大抵のタンパク質については、平均2乗半径は小さすぎて正確には測定できない。   The second method is to use a chromatographic configuration, in which case both light scattering and concentration detectors are used. When injecting monodisperse samples or developing chromatographic methods to fractionate monomer peaks, the weight average molar mass in each elution fraction must be constant throughout each peak. From the MALS and concentration data, a Jim plot analysis may be performed from values at several different slices or sets of slices of the elution profile. The weight average molar mass, the mean square radius, and the second virial coefficient may then be derived. However, for most proteins, the mean square radius is too small to be measured accurately.

この方法は原則としては機能するかもしれないが、一般的に適用可能となるのを妨げる実用上の困難がある。上述の実験装備は2つの検出器を必要とする。流体は、検出器間を移動する際に毛細管および継手を通過しなければならないため、混合および拡散が「検出器間のバンドの拡張」をもたらす。下流ピークは上流ピークよりも「幅広い」。これは、拡張の影響を考慮に入れない限り、単分散の試料が多分散に見える測定された質量分布を作り出すことを意味する。この影響はタンパク質にとって特に問題である。なぜなら、それらのFOMは通常1よりもはるかに小さく、第2ビリアル係数が散乱光に少々寄与するためである。バンド拡張に関連するエラーは普通、優位を占め、導き出された第2ビリアル係数は著しく歪んでいる。バンド拡張のさまざまな分析的補正が長年にわたって開発されてきたが、光散乱信号へのA2の寄与が非常に小さいため、結果として生じるA2の値は、使用されたバンド拡張の正にそのモデルに敏感に依存する。モデルに対するこの敏感な依存性により、この方法は信頼できなかった。 While this method may work in principle, there are practical difficulties that prevent it from becoming generally applicable. The experimental equipment described above requires two detectors. Since fluid must pass through capillaries and fittings as it moves between detectors, mixing and diffusion results in “band expansion between detectors”. The downstream peak is “broader” than the upstream peak. This means that a monodisperse sample produces a measured mass distribution that appears polydisperse unless the effects of expansion are taken into account. This effect is particularly problematic for proteins. This is because their FOM is usually much smaller than 1 and the second virial coefficient contributes a little to the scattered light. Errors associated with band expansion usually dominate and the derived second virial coefficient is significantly distorted. Various analytical corrections of band expansion have been developed over the years, but the contribution of A 2 to the light scattering signal is so small that the resulting value of A 2 is just that of the band extension used. Depends on the model sensitively. Due to this sensitive dependence on the model, this method was unreliable.

好適な緩衝溶媒における単分散の試料についてのタンパク質のモル質量は、MALS、質量分光学、またはダイレクトシークエンシングによりしばしば容易に測定されるため、ワイアットによる特許文献1「第2ビリアル係数を測定するための方法(“Method for measuring the second virial coefficient”)」は、ジムプロット全体を作成するのに必要な多数の濃度の生成を回避することの有用性を強調した。しかしながら、そこに記載された方法がより一般的な多数の濃度アリコートの場合に拡張されると、その方法はもはやモル質量の先験的知識を必要としない、ということが示されるであろう。加えて、拡張さ
れた方法により達成された平均化のため、精度が向上する。
Since the molar mass of protein for a monodisperse sample in a suitable buffer solvent is often easily measured by MALS, mass spectroscopy, or direct sequencing, US Pat. The “Method for measuring the second virial coefficient” emphasized the usefulness of avoiding the generation of a large number of concentrations necessary to produce an entire Jim plot. However, when the method described therein is extended to a more general number of concentration aliquots, it will be shown that the method no longer requires a priori knowledge of molar mass. In addition, the accuracy is improved due to the averaging achieved by the extended method.

多くの科学者達はジムプロットを作成するためにオンライン方法を利用しており、前述のASTRA(登録商標)プログラムは、より初期の手動の方法よりもはるかに簡単に決定を行なう。現在、分画されていない試料のA2を測定するための最良の手段は、アリコートを異なる濃度で調製し、それらを、シリンジまたはシリンジポンプを用いて、MALS計器の光散乱セルに直接、連続して注入することである。注入液がセルを充填するにつれて、各アリコートは、純溶媒の基線散乱に対し、プラトーに至るまでの傾斜を作り出す。プラトーの各々の上の、一括してピークとして言及される選択された範囲の点から、ソフトウェアは調製された濃度の対応する入力を受付け、ジムプロットを作成する。このアプローチにはいくつかの欠点があり、そのうち最も重大なものは、比較的大量の試料を調製し使用する必要性である。フローセルに注入する場合、平坦なプラトーを生成する必要性は、セルを数回過充填しなければならないことを意味する。内部容量が80μlのフローセルに対し、500μlを上回る試料が各アリコートについて必要とされる。現在の製薬研究にとって、この要件は現在の手法を実行不可能にする。しばしば、この量の試料は実際には合成できない。加えて、タンパク質および同様のバイオポリマーについては、注入された各試料は注入前に透析されなければならない。これは、測定を行なうために必要な調製時間および労力を著しく増加させる。 Many scientists use on-line methods to create Jim plots, and the aforementioned ASTRA® program makes decisions much more easily than earlier manual methods. Currently, the best means for measuring A 2 of unfractionated samples is to prepare aliquots at different concentrations, and use a syringe or syringe pump directly to the light scattering cell of the MALS instrument. And then inject. As the infusate fills the cell, each aliquot creates a gradient up to a plateau for pure solvent baseline scattering. From a selected range of points, collectively referred to as a peak, on each of the plateaus, the software accepts the corresponding input of the prepared concentration and creates a Jim plot. This approach has several drawbacks, the most important of which is the need to prepare and use a relatively large amount of sample. When injecting into a flow cell, the need to produce a flat plateau means that the cell must be overfilled several times. For a flow cell with an internal volume of 80 μl, more than 500 μl of sample is required for each aliquot. For current pharmaceutical research, this requirement makes the current approach infeasible. Often, this amount of sample cannot be synthesized in practice. In addition, for proteins and similar biopolymers, each injected sample must be dialyzed prior to injection. This significantly increases the preparation time and effort required to make the measurement.

最後に、この発明において、ピーク間で統合することにより、ピーク形状への依存性がなくなり、バンド拡張の補正が単一のパラメータへ減少することを示す。拡張のモデルへの敏感な依存性は取除かれ、この方法を実際的に、かつ信頼性の高いものにする。A2は、タンパク質などの単分散の試料に対するバンド拡張の存在下だけでなく、分画されていない試料が光散乱測定セルに直接注入される場合についても、非常に簡単に測定され得る。
米国特許第6,411,383号明細書 ブルーノ・ジム(Bruno Zimm)、「化学物理学会誌(“Journal ofChemical Physics”)」、1948年、第16巻、1093〜1099頁 ワイアット(Wyatt)、「アナリチカ チミカ アクタ(“Analytica Chimica Acta”)」、1993年、第272巻、1〜40頁
Finally, in the present invention, it is shown that the integration between peaks eliminates the dependence on the peak shape and the correction of band expansion is reduced to a single parameter. Sensitive dependencies on the extension model are removed, making this method practical and reliable. A 2 can be measured very easily not only in the presence of band broadening for monodisperse samples such as proteins, but also when unfractionated samples are injected directly into the light scattering measurement cell.
US Pat. No. 6,411,383 Bruno Zimm, “Journal of Chemical Physics”, 1948, 16, 1093-1099 Wyatt, “Analytica Chimica Acta”, 1993, 272, 1-40.

発明の要約
この発明の主な目的は、親発明に記載された方法を拡張して、異なる濃度を有する一連の注入液からMw、<rg 2>、およびA2を直接抽出する方法を提供し、これによりMwを先験的に知る必要性をなくすことである。また、これらのパラメータを抽出する2つのフィット手法も開示する。1つの方法は包括的な非線形最小2乗フィットデータに基づく。第2の分析手法はジムの図解法の後でモデル化されている。ジムプロットと明確に区別するため、結果として生じるプロットを、トレイノフ(Trainoff)−ワイアット(TW)プロットと呼ぶ。この発明の目的は、プロセスを自動化し、手動による試料調製をできるだけなくすことである。この発明の別の目的は、多数注入手法において暗に示された平均化を活用することにより、より正確に測定を行なうことである。最後に、この発明の目的は、そのような決定を最少量の試料を用いて行なうことである。
SUMMARY OF THE INVENTION The main object of this invention is to extend the method described in the parent invention to a method for directly extracting M w , <r g 2 >, and A 2 from a series of infusions having different concentrations. To eliminate the need to know M w a priori. Also disclosed are two fitting techniques for extracting these parameters. One method is based on comprehensive non-linear least squares fit data. The second analysis technique is modeled after Jim's graphical method. The resulting plot is referred to as the Trainoff-Wyatt (TW) plot to clearly distinguish it from the Jim plot. The object of the present invention is to automate the process and eliminate manual sample preparation as much as possible. Another object of the present invention is to make more accurate measurements by taking advantage of the implied averaging in the multiple injection technique. Finally, an object of the present invention is to make such a determination using a minimum amount of sample.

ワイアットによる前述の米国特許第6,411,383号は、溶媒中の単分散のモル質量分布で構成される試料の第2ビリアル係数を単一の注入液から直接決定することを可能にする方法に関する。同じ方法は、或る部類の分画されていない試料にも適用可能である。この発明は、一連の濃度注入液を使用する、より一般的な用途向けである。ワイアット
特許は、試料の重量平均モル質量の先験的知識を必要とする。この発明は、ジムにより提示されたものと類似する分析手法を用いてMw、<rg 2>、およびA2を決定する。
The aforementioned US Pat. No. 6,411,383 by Wyatt makes it possible to determine the second virial coefficient of a sample composed of a monodispersed molar mass distribution in a solvent directly from a single injection. About. The same method can be applied to a class of unfractionated samples. The present invention is for a more general application using a series of concentrated infusion solutions. The Wyatt patent requires a priori knowledge of the weight average molar mass of the sample. The invention determines M w , <r g 2 >, and A 2 using analytical techniques similar to those presented by Jim.

加えて、ワイアット特許は、検出器間のバンドの拡張は取るに足りないものであると仮定している。測定に使用される試料の量を最小限に抑えることは、しばしば望ましい。したがって、少量の注入液が使用され、狭いピークをもたらす。この場合、検出器間のバンドの拡張は無視できない。この発明では、この影響を勘案するいくつかの方法を提示する。   In addition, the Wyatt patent assumes that the band extension between detectors is negligible. It is often desirable to minimize the amount of sample used for the measurement. Therefore, a small amount of infusate is used, resulting in a narrow peak. In this case, the extension of the band between detectors cannot be ignored. The present invention presents several methods that take this effect into account.

この方法は、SECカラムセットへの注入用に試料の1組のj希釈液を調製することから始まる。オートサンプラが利用可能である場合には、単一の試料を、次に続く規定された濃度への自動希釈用に提供してもよい。希釈液を調製するのにオートサンプラを使用する方法は2つある。第1に、それは、より少量の試料を注入ループ内へ、それを充填し尽くさずに漸次注入できる。また、これに代えて、オートサンプラは注入ループを充填する前に試料を予め希釈し、次にそれを完全に充填することができる。後者の方法が好ましい。なぜなら、それは各注入液について、異なる振幅で、一致する濃度プロファイルをもたらすためである。   This method begins with preparing a set of j dilutions of a sample for injection into a SEC column set. If an autosampler is available, a single sample may be provided for subsequent automatic dilution to a defined concentration. There are two ways to use an autosampler to prepare the dilution. First, it can inject smaller quantities of sample into the injection loop without filling it up. Alternatively, the autosampler can pre-dilut the sample before filling the injection loop and then fill it completely. The latter method is preferred. This is because it produces a consistent concentration profile with different amplitudes for each infusate.

分析は、測定されるべき1組の低下する濃度の試料を必要とする。タンパク質の場合、各試料アリコートは透析されなければならない。各試料がそこを流れる1組のSECカラムを導入することは、この要件を不要にする。なぜなら、試料がカラムを通過する間に透析が起こるためである。カラムに続き、MALS検出器および濃度検出器が連続して接続される。平均2乗半径が小さすぎて測定できない小さな分子については、90°などの単一の散乱角度での測定で十分であるが、決定の精度は下がるであろう。これらはSECによる標準的な分離の従来の要素であり、試料内に存在する溶出したモル質量の絶対的な決定をもたらす。透析も分画も必要ではない場合、分離カラムは排除可能であり、試料は光散乱計器のフローセルに直接注入されてもよい。また、これに代えて、防護カラムを用いて分離なしで透析を達成してもよい。   The analysis requires a set of decreasing concentrations of sample to be measured. For proteins, each sample aliquot must be dialyzed. Introducing a set of SEC columns through which each sample flows eliminates this requirement. This is because dialysis occurs while the sample passes through the column. Following the column, a MALS detector and a concentration detector are connected in series. For small molecules whose mean square radius is too small to be measured, measurements at a single scattering angle such as 90 ° are sufficient, but the accuracy of the determination will be reduced. These are the conventional elements of standard separation by SEC and provide an absolute determination of the eluted molar mass present in the sample. If neither dialysis nor fractionation is required, the separation column can be eliminated and the sample may be injected directly into the flow cell of the light scattering instrument. Alternatively, dialysis may be achieved without separation using a protective column.

発明の詳細な説明
理論上の説明
ここで分析方法を扱う。各々が総注入質量mjに対応する1組の注入液jを考慮された
い。式(1)に戻ると、各々の連続するピークjおよび散乱角度θkについて、過剰レイ
リー比と濃度ピークとを加算する。
Detailed Description of the Invention Theoretical Description The analytical method is now addressed. Consider a set of injections j , each corresponding to a total injection mass m j . Returning to equation (1), for each successive peak j and scattering angle θ k , the excess Rayleigh ratio and the concentration peak are added.

Figure 0004439211
Figure 0004439211

各和はピークj内のすべてのiにわたって求められる。なお、各和は異なる数の項を有するかもしれない。これはなぜなら各ピークが異なる幅を有するかもしれず、検出器間のバンドの拡張の影響によって広がっているかもしれないためである。   Each sum is determined over all i in peak j. Note that each sum may have a different number of terms. This is because each peak may have a different width and may be spread by the effects of band expansion between detectors.

式(5)の左辺の和掛ける係数Δvはちょうど過剰レイリー比ピーク下の面積である The coefficient Δv multiplied by the left side of the equation (5) is just the area under the excess Rayleigh ratio peak .

Figure 0004439211
Figure 0004439211

と呼ぶことにするそれは直接計算されてもよいしたがって式(5)は以下のように書替えてもよい I will call it . It may be calculated directly . Therefore, equation (5) may be rewritten as follows .

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、Where

Figure 0004439211
Figure 0004439211

は溶出された総質量に比例し、Is proportional to the total mass eluted,

Figure 0004439211
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である It is .

濃度検出器が各溶出容量でのcijを産出するため、濃度ピークの拡張された全範囲にわたって式(6)の和DjおよびCjを簡単に計算し得る。過剰レイリー比Rij(θk)は、まず純溶媒光散乱値を、上述の式(1)の直後に定義されたような測定された溶液値から減算することによって計算される。詳細は、前に引用されたアナリチカ チミカ アクタにおけるワイアットによる論文に示されている。ここで式(6)の逆数を取り、以下の式を得る。 Since the concentration detector produces c ij at each elution volume, the sums D j and C j of equation (6) can be easily calculated over the entire extended range of concentration peaks. The excess Rayleigh ratio R ijk ) is first calculated by subtracting the pure solvent light scattering value from the measured solution value as defined immediately after equation (1) above. Details are given in the previously cited paper by Wyatt in Analytica Chimica Actor. Here, the reciprocal of equation (6) is taken to obtain the following equation.

Figure 0004439211
Figure 0004439211

このため、   For this reason,

Figure 0004439211
Figure 0004439211

であり、式中、κj=Dj/Cjである。式(8)をトレイノフ−ワイアット(TW)数式と呼ぶ。 Where κ j = D j / C j . Equation (8) is called the Trenoff-Wyatt (TW) equation.

式(8)はこの発明の本質を提示している。特に重要なのは、溶出試料のすべての元素を含むのに十分な溶出薄片の範囲にわたったCjおよびDjの測定および計算である。これらの和に含まれる薄片の数は一般に、前述のバンド拡張の影響のため、和 Equation (8) presents the essence of the present invention. Of particular importance is the measurement and calculation of C j and D j over a range of elution slices sufficient to contain all the elements of the elution sample. The number of flakes included in these sums is generally due to the effects of band expansion as described above.

Figure 0004439211
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の計算に使用される薄片の数よりも多い。
ここまで、下流の検出器に対する検出器間のバンドの拡張の影響は無視されてきた。それが式(8)に与える影響を調べる。濃度検出器が光散乱検出器の下流にあると仮定されたい。さらに、混合および拡散の影響が線形で、以下の式を書くことができると仮定されたい。
More than the number of flakes used in the calculation.
So far, the effect of band expansion between detectors on downstream detectors has been ignored. The effect that it has on equation (8) is examined. Assume that the concentration detector is downstream of the light scattering detector. Further assume that the effects of mixing and diffusion are linear and that we can write:

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、cm(t)は測定された濃度信号であり、B(τ)は標準化された拡張カーネルであり、c(t)は検出器間の拡張がない場合に測定される濃度である。説明を簡単にするため、表記を連続的表示に切換えた。これが式(8)のCおよびκに与える影響を考慮されたい。測定された信号からCをコンピュータ計算すると、以下の式が得られる。 Where c m (t) is the measured concentration signal, B (τ) is the standardized expansion kernel, and c (t) is the concentration measured when there is no extension between detectors. . To simplify the explanation, the notation was switched to continuous display. Consider the effect this has on C and κ in equation (8). When C is calculated from the measured signal, the following equation is obtained.

Figure 0004439211
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B(τ)が標準化されているため、当然こうなる。これは、Cが注入された質量に比例し、拡張が注入された質量に影響を与えていないために予想される。しかしながら、以下の式から、拡張が測定された量Dmを介してκに影響を与えていることがわかる。 This is natural because B (τ) is standardized. This is expected because C is proportional to the injected mass and the expansion does not affect the injected mass. However, it can be seen from the following equation that the expansion affects κ through the measured quantity D m .

Figure 0004439211
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Figure 0004439211
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Figure 0004439211
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Figure 0004439211
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右の3番目の積分を考慮されたい。これはそれ自体との拡張関数の重畳積分の形である。それは単にパラメータτ−τ′の関数である。重畳積分定理を用いて式(14)の3番目の積分を書替えると以下のようになる。   Consider the third integration on the right. This is the form of the superposition integral of the extension function with itself. It is simply a function of the parameter τ−τ ′. Rewriting the third integral of equation (14) using the superposition integral theorem yields:

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、Where

Figure 0004439211
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は拡張カーネルのフーリエ変換であり、以下の式により定義される Is the Fourier transform of the extended kernel and is defined by the following equation:

Figure 0004439211
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ここでさらに、拡張関数の特徴的なタイムスケールは濃度ピークのそれよりもはるかに小さいと仮定する。2つのタイムスケールをそれぞれτ b およびτ p と呼ぶことにするその場合、 It is further assumed here that the characteristic time scale of the expansion function is much smaller than that of the concentration peak. Each of the two time scale is referred to as tau b and tau p. In that case,

Figure 0004439211
Figure 0004439211

は特徴的な幅π/τ b を有する幅広いピークがある関数である式(15)および(14)はそれを、τ b →0、 Is a function with a broad peak with a characteristic width π / τ b . Equations (15) and (14) denote it as τ b → 0,

Figure 0004439211
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、およびD →Dの制限において、予想通り暗示する , And the limitation of D m → D, as expected .

結論は、検出器間の拡張はTW数式のκ項のみを歪ませる、ということである。式(14)から、拡張の影響は、ピークの最大値を抑えること、および「ウイング」における値を増加させることということがわかる。これは、測定値Dm≦Dであることを意味する。これは次に、A2のコンピュータ計算された値が過大に見積もられていることを暗示する。拡張用データを補正するアプローチはいくつかある。概念的に最も単純で、最も有用でないものは、式(9)を逆重畳積分して、拡張されていない濃度プロファイルである以下の式を求めることである。 The conclusion is that the extension between detectors distorts only the κ term of the TW formula. From equation (14) it can be seen that the effect of expansion is to suppress the peak maximum and to increase the value in “wing”. This means that the measured value D m ≦ D. This in turn implies that the computer-calculated value of A 2 is overestimated. There are several approaches to correcting for expansion data. Conceptually simplest and least useful is deconvolution of equation (9) to obtain the following equation, which is an unexpanded concentration profile.

Figure 0004439211
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それは次にDを直接コンピュータ計算するのに使用可能であるこのアプローチにはいくつかの問題がある1つは、拡張関数の完全な形を知る必要性があるということである別の問題は、逆重畳積分プロセスが数値的に不安定であることである大きな値のωについての比率 It can then be used to directly compute D. There are several problems with this approach . One is that there is a need to know the complete form of the extension function . Another problem is that the deconvolution integration process is numerically unstable . Ratio for large values of ω

Figure 0004439211
Figure 0004439211

を考慮されたい Please consider .

Figure 0004439211
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およびand

Figure 0004439211
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は双方ともノイズを含む物理的な測定値から導き出され、双方とも大きな値のωについてはゼロになる傾向があるため、この比率は大きな変動を有するであろう逆フーリエ変換が行なわれた場合、その結果はしたがって増大した高周波数ノイズを有するであろうこれは引続きフィルタにかけられ得るが、この手順は初めの原理からは正当化できないさらに悪いことには、逆フーリエ変換は、負の値の濃度または非因果的なリンギングなどの物理的に不可能な結果をもたらし得る実際、これらの問題はこの手順を非現実的にするなお、最後に、これらの問題が克服できれば、一連の別個の注入液を作るプロセスをなくすことができ、その代わりに、1注入ピークに沿った連続する濃度変動を個別のパラメータとして式(3)へのフィットに使用できる Since both are derived from noisy physical measurements and both tend to zero for large values of ω, this ratio will have a large variation . If an inverse Fourier transform is performed, the result will therefore have increased high frequency noise . This can still be filtered, but this procedure cannot be justified from the original principle . To make matters worse, the inverse Fourier transform can produce physically impossible results such as negative values of concentration or non-causal ringing . In fact, these problems make this procedure impractical . Finally, if these problems can be overcome, the process of making a series of separate injections can be eliminated, and instead, continuous concentration fluctuations along one injection peak can be used as individual parameters in equation (3). Can be used to fit .

より実際的な方法について、c(t)とB(τ)の双方がガウス分布である特別な場合を考慮されたい。その場合には、式(14)は以下の定義から明示的にコンピュータ計算可能である。   For a more practical method, consider the special case where both c (t) and B (τ) are Gaussian. In that case, equation (14) can be explicitly computed by the following definition.

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、cは総注入質量に比例し、各注入液につき異なる。式(18)を式(9)に挿入すると、幅τcm 2=τc 2+τb 2を有する別のガウス分布を産出する。また、以下の式が見出される。 Where c is proportional to the total injected mass and is different for each injected solution. Inserting equation (18) into equation (9) yields another Gaussian distribution with width τ cm 2 = τ c 2 + τ b 2 . Also, the following formula is found:

Figure 0004439211
Figure 0004439211

しかしながら、τcは拡張されていないピークのガウス幅であり、一般に未知であることを思い出されたい。しかしながら、拡張が小さい(τb<<τc)制限においては、それを光散乱ピークの幅によって近似できる。したがって以下の式を書くことができる。 However, recall that τ c is the Gaussian width of the unexpanded peak and is generally unknown. However, in the small extension (τ b << τ c ) limit, it can be approximated by the width of the light scattering peak. Thus we can write

Figure 0004439211
Figure 0004439211

これらの量は双方とも直接測定可能であるもちろん、ピークおよび拡張関数がガラスプロファイルから逸脱する場合、式(20)が分解し始めていることが予想されるしかしながら、式(20)はτ b <<τ c の場合有効であると仮定することは妥当であり、それは Both of these quantities can be measured directly . Of course, if the peak and extension function deviate from the glass profile, it is expected that equation (20) will begin to decompose . However, it is reasonable to assume that equation (20) is valid for τ b << τ c , which is

Figure 0004439211
Figure 0004439211

であることを暗示する
一般的な問題へ戻ろう。オートサンプラを用いて希釈液を生成する場合、注入液は、十分な近似として、同じ形状を有するが振幅は異なる。
Imply that .
Let's go back to the general problem. When producing a dilution using an autosampler, the infusion has, as a sufficient approximation, the same shape but different amplitude.

それらが同じ形状を有すると仮定すると、j番目の濃度プロファイルは以下のように書くことができる。   Assuming they have the same shape, the jth concentration profile can be written as:

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、ここでもmjはj番目の注入液の注入された質量である。これを式(11)に挿入すると、以下の式が産出される。 Where m j is also the injected mass of the j th injection. Inserting this into equation (11) yields the following equation:

Figure 0004439211
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次に式(20)を用いて比率Dm 0/D0を近似できる。また、これに代えて、この比率は、ある基準試料について、A2を測定する従来のプラトー法とTWプロットとを実行し、次に2つの方法が一致するまで比率を調節することによって測定可能である。この比率は事実上、検出器間の拡張の測定値であり、使用される試料から独立しているべきである。したがって、システムが基準試料によって一旦特徴付けられると、測定された比率を次の未知の試料の分析に使用できる。 Next, the ratio D m 0 / D 0 can be approximated using equation (20). Alternatively, this ratio can be measured by running a conventional plateau method for measuring A 2 and a TW plot for a reference sample and then adjusting the ratio until the two methods match. It is. This ratio is effectively a measure of the extension between detectors and should be independent of the sample used. Thus, once the system is characterized by the reference sample, the measured ratio can be used for analysis of the next unknown sample.

実験データの収集
分子溶液の重量平均モル質量Mw、平均2乗半径<rg 2>、および第2ビリアル係数A2を決定するため、1組の異なる濃度のj試料が順次、図1に示すようなクロマトグラフィシステムに注入される。溶媒が、ポンプ手段1によって溶媒槽2からデガッサ3を介して引かれ、次にフィルタ手段4を通ってポンプで送り込まれる。デガッサ3は一般に、溶解されたガスを溶媒から除去するために使用される。なぜなら、そのようなガスが次に溶液中に小さな泡を生成し、それが溶液自体からの所望の測定を害するおそれがあるためである。フィルタ手段4は一般に図示されるように組込まれて、所望の測定を害するおそれのある残留粒子状物質を前記溶媒から除去する。重量平均モル質量、平均2乗半径、および第2ビリアル係数をこの発明の方法によって導き出すべき試料5のアリコートが、注入手段6によって注入され、光散乱MALS検出器8を直接通過する。希釈液は事前に調製され、手動で注入されることが可能である。
Collection of experimental data To determine the weight average molar mass M w of the molecular solution, the mean square radius <r g 2 >, and the second virial coefficient A 2 , a set of j samples of different concentrations are sequentially shown in FIG. It is injected into a chromatography system as shown. The solvent is drawn by the pump means 1 from the solvent tank 2 through the degasser 3 and then pumped through the filter means 4. The degasser 3 is generally used to remove dissolved gas from the solvent. This is because such gases can then produce small bubbles in the solution, which can harm the desired measurement from the solution itself. Filter means 4 is generally incorporated as shown to remove residual particulate matter from the solvent that may impair the desired measurement. An aliquot of sample 5 from which the weight average molar mass, mean square radius, and second virial coefficient are to be derived by the method of the present invention is injected by the injection means 6 and passes directly through the light scattering MALS detector 8. Diluents can be prepared in advance and injected manually.

また、これに代えて、希釈されていない試料の容量を減少させるよう、または、好ましくは試料を希釈して一定の容量を注入するようにオートサンプラをプログラムすることで、それらを生成可能である。通常、希釈液は1桁、またはそれより大きい範囲にわたる。試料が事前の透析および/または分画を要する場合、選択された分離カラムセット7をMALS検出器8の前に置いてもよい。集合体が存在しない場合、透析はしばしば防護カラムのみの使用によって達成されてもよく、または、透析が必要ない場合は省略されてもよい。連続する各試料5は、MALS検出器8を通過した後、差動屈折率検出器DRIとして示される濃度検出器9を流れ、それにより試料濃度が各薄片間隔Δviで測定される。収集間隔Δviが等距離である場合、Δvi=Δvは定数である。結果として生じる光散乱信号および濃度信号が次にコンピュータ手段10によって記憶および処理され、注入された各アリコートjについて、測定された各散乱角度θkでの各薄片iに対する過剰レイリー比Rij(θk)が計算される。コンピュータ手段10はまた、質量およびサイズを含む分子の特徴とその分布とをコンピュータ計算する。試料濃度検出器9は一般にDRI検出器であるが、紫外線吸収検出器に置き換えられてもよい。蒸発性光散乱検出器も各溶出試料の濃度をモニタするために使用されてもよいが、そのような装置は、その応答が一般に非線形であるため、特別の校正を必要とする場合がある。 Alternatively, they can be generated by programming the autosampler to reduce the volume of the undiluted sample, or preferably to dilute the sample and inject a fixed volume. . Usually, the diluent ranges over an order of magnitude or greater. If the sample requires prior dialysis and / or fractionation, the selected separation column set 7 may be placed in front of the MALS detector 8. In the absence of aggregates, dialysis may often be accomplished by the use of a protective column only, or may be omitted if dialysis is not required. Each sample 5 consecutive passes through the MALS detector 8, flows through the concentration detector 9, shown as a differential refractive index detector DRI, whereby the sample concentration is measured at each slice interval Delta] v i. If the collection interval Δv i is equidistant, Δv i = Δv is a constant. The resulting light scattering and concentration signals are then stored and processed by computer means 10 and for each injected aliquot j, the excess Rayleigh ratio R ij (θ for each slice i at each measured scattering angle θ k. k ) is calculated. The computer means 10 also computes the molecular features including mass and size and their distribution. The sample concentration detector 9 is generally a DRI detector, but may be replaced with an ultraviolet absorption detector. An evaporative light scattering detector may also be used to monitor the concentration of each eluted sample, but such devices may require special calibration because their response is generally non-linear.

データのフィットおよび分子パラメータの抽出
式(8)からMw、<rg 2>、およびA2を抽出するために光散乱および濃度データをフィットさせる基本的な方法は2つある。第1の方法は、ジムの図解法と、式(3)および(8)の関数形の酷似とに基づいている。それは、ゼロ散乱角度およびゼロ濃度へ代入するため、データのサブセットをフィットさせることからなる。まず、各角度のデータをκjの関数として以下の式にフィットさせる。
Fitting Data and Extracting Molecular Parameters There are two basic ways to fit light scattering and concentration data to extract M w , <r g 2 >, and A 2 from equation (8). The first method is based on Jim's graphical method and the functional form of Equations (3) and (8). It consists of fitting a subset of the data for substitution into the zero scattering angle and zero concentration. First, each angle data is fitted to the following equation as a function of κ j .

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、al,kはフィットパラメータであり、Nlは濃度フィットの次数である。Nl=1の場合、線形フィットが行なわれ、Nl=2の場合、2次フィットが行なわれる、などとなっている。なお、a0,kはk番目の検出器角度のゼロ濃度への代入である。次に、各注入液のデータを以下の式にフィットさせる。 In the formula, a l, k is a fit parameter, and N l is the order of density fit. When N l = 1, a linear fit is performed, and when N l = 2, a quadratic fit is performed. Note that a 0, k is the substitution of the kth detector angle into the zero concentration. Next, the data of each injection solution is fit to the following formula.

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、bj,mはフィットパラメータであり、Nmは角度フィットの次数である。なお、bj,0はゼロ散乱角度へのデータの代入である。最後に、ジムに従い、フィット係数を次に以下の式にフィットさせる。 In the equation, b j, m is a fitting parameter, and N m is the degree of angle fitting. Note that b j, 0 is substitution of data into the zero scattering angle. Finally, according to Jim, the fit factor is then fitted to the following formula:

Figure 0004439211
Figure 0004439211

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、umおよびvlはフィット係数である。それらは以下の式によって分子特性に関連付けられる。 In the equation, u m and v l are fit coefficients. They are related to molecular properties by the following formula:

Figure 0004439211
Figure 0004439211

Figure 0004439211
Figure 0004439211

Figure 0004439211
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測定されたデータの式(24)、(25)および(26)の形へのフィッティングが統計的な意味において行なわれてもよく、それにより、これらのフィットを行なうために用いられるデータがそれらの測定された標準偏差によって計量されてもよいことは、明らかであるべきである。これらは標準的な手法であり、さらなる説明は必要ない。   Fitting the measured data into the form of equations (24), (25) and (26) may be done in a statistical sense, so that the data used to perform these fits are It should be clear that it may be measured by the measured standard deviation. These are standard techniques and do not require further explanation.

式(27)は、Mwが角度フィットおよび濃度フィットの双方からコンピュータ計算可能であることを暗示している。2つの方法は一致すべきであるが、実験ノイズの存在下では、それらはしばしば若干異なる。これは方法の精度を判断する一貫性チェックとして使用可能である。平均量は以下のように定義可能である。 Equation (27) implies that M w can be computed from both angular and concentration fits. The two methods should match, but in the presence of experimental noise they are often slightly different. This can be used as a consistency check to determine the accuracy of the method. The average amount can be defined as follows:

Figure 0004439211
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さらに、式(25)および(26)で説明されたフィットは、ジムにより提示されたプロットと同様のプロットによって良好に視覚化され得る。これらは、ジムプロットと明確に区別するため、トレイノフ−ワイアットプロットとして言及される。TWプロットを作成するには、式(25)および(26)におけるデータおよびフィットを、図5に示すように横座標にsin2(θk/2)+kκjを、縦座標に Furthermore, the fit described in equations (25) and (26) can be better visualized by a plot similar to the one presented by Jim. These are referred to as Trenoff-Wyatt plots to distinguish them clearly from Jim plots. To create a TW plot, the data and fits in equations (25) and (26) are plotted on the abscissa and sin 2k / 2) + kκ j on the ordinate as shown in FIG.

Figure 0004439211
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をプロットすることによってグラフ化する。値kは「伸張因子」と呼ばれ、異なる注入液からのデータが一部重複しないように選択される。それはプロットの尺度のみに影響し、フィットによって決定されるパラメータには影響しない。 Graph by plotting. The value k is called “elongation factor” and is selected so that data from different infusates do not partially overlap. It only affects the scale of the plot, not the parameters determined by the fit.

第2の方法は、全データセットへ包括的なフィットを行なうことである。これは、データのサブセットへ一連のフィットを行なうジム法とは異なる。ジムの方法は1940年代に、数値フィッティングソフトウェアを使用せずに開発された。包括的な方法は、データをモデル化するフィット関数を定義し、マルカート法などの標準アルゴリズムを用いてフィット関数へデータの非線形最小2乗フィットを行なうことである。フィットモデルを以下に示す。   The second method is to perform a comprehensive fit to the entire data set. This is different from the Jim method, which performs a series of fits on a subset of the data. Jim's method was developed in the 1940s without the use of numerical fitting software. A comprehensive method is to define a fit function that models the data and perform a non-linear least squares fit of the data to the fit function using a standard algorithm such as the Marquardt method. The fit model is shown below.

Figure 0004439211
Figure 0004439211

式中、almはフィットパラメータであり、NlおよびNmはそれぞれ角度フィットおよびκフィットのフィット次数である。フィットパラメータは以下の式によって物理量に関連付けられる。 Where a lm is the fit parameter and N l and N m are the fit orders of the angle fit and κ fit, respectively. The fit parameter is related to the physical quantity by the following equation.

Figure 0004439211
Figure 0004439211

Figure 0004439211
Figure 0004439211

Figure 0004439211
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TWプロットはまた、包括的フィッティング法の結果からも作成されてもよい。唯一の違いは、この場合、式(31)からのフィットが用いられる点である。なお、前述のフィッティング法とは異なり、モル質量は式(32)において明白にコンピュータ計算される。   A TW plot may also be created from the results of the global fitting method. The only difference is that in this case the fit from equation (31) is used. Note that, unlike the above-described fitting method, the molar mass is clearly calculated in the equation (32).

方法の実施例
この方法の有用性を実証するため、トルエン中に溶解された標準ポリスチレンの分子パラメータの測定を提示する。プレッシャーケミカル社(Pressure Chemical Corporation)からの試料は約200kDの分子量を有しており、線形ランダムコイル構造を有することが公知である。さらに、この試料は極めてほぼ単分散である。それは1.01未満の多分散性を有しており、実質的な量の集合体が存在しないことを示している。
Method Example To demonstrate the usefulness of this method, a measurement of molecular parameters of standard polystyrene dissolved in toluene is presented. Samples from Pressure Chemical Corporation have a molecular weight of about 200 kD and are known to have a linear random coil structure. Furthermore, this sample is very nearly monodispersed. It has a polydispersity of less than 1.01, indicating that there is no substantial amount of aggregate.

2つの方法を用いてこの試料を特徴付けた。第1の方法は伝統的なジム法である。親試料を1.808mg/mlの濃度で調製した。親試料を希釈することによって、一連の公知の希釈液を調製した。結果として生じる濃度は1.808mg/ml、1.4582mg/ml、1.0703mg/ml、0.7342mg/ml、0.3745mg/ml、および0.1879mg/mlであった。これらを500μlの注入ループを用いて、MALS計器のフローセルが過充填されるように注入した。防護カラムを用いて、塵を除去し、試料から溶解されたガスを分離した。90°光散乱検出器からの未加工の信号11を図2に示す。プラトーがはっきりと見え、各ピークのプラトー上の狭い範囲のデータを平均化し、使用して図3に示すジムプロットを作成した。測定量は、 w =2.32×10 5 g/mol、 Two samples were used to characterize this sample. The first method is the traditional gym method. A parent sample was prepared at a concentration of 1.808 mg / ml. A series of known dilutions were prepared by diluting the parent sample. The resulting concentrations were 1.808 mg / ml, 1.4582 mg / ml, 1.0703 mg / ml, 0.7342 mg / ml, 0.3745 mg / ml, and 0.1879 mg / ml. These were injected using a 500 μl injection loop such that the MALS instrument flow cell was overfilled. A protective column was used to remove dust and separate dissolved gas from the sample. The raw signal 11 from the 90 ° light scattering detector is shown in FIG. The plateau was clearly visible and a narrow range of data on the plateau for each peak was averaged and used to create the Jim plot shown in FIG. The measured amount is M w = 2.32 × 10 5 g / mol,

Figure 0004439211
Figure 0004439211

、およびA 2 =4.84×10 -4 molml/g 2 であった。データは高品質であるが、多量の試料を必要とする。 And A 2 = 4.84 × 10 −4 molml / g 2 . The data is high quality but requires a large amount of sample.

第2の方法はこの発明の主題である同じ試料溶液を注入したが、107μlの注入ループを用いて、フローセルが完全に充填されないよう、および高原部が達成されないよう
にした1注入液からのデータを図4に示すそれは、90°光散乱信号11がDRI信号12と重ねられていることを示すDRI信号は、検出器間体積によって導入された遅延を補償するため時間変更されている双方とも基線減算されている加えて、説明を明瞭にするため、DRIピークは光散乱ピークの90%に倍率調整されている各注入液から、
The second method is the subject of this invention . The same sample solution was injected, but with a 107 μl injection loop, the flow cell was not completely filled and the plateau was not achieved
I made it . Data from one injection is shown in FIG . It indicates that the 90 ° light scatter signal 11 is superimposed on the DRI signal 12 . The DRI signal is timed to compensate for the delay introduced by the inter-detector volume . Both are baseline subtracted . In addition, for clarity of explanation, the DRI peak has been scaled to 90% of the light scattering peak . From each infusion solution

Figure 0004439211
Figure 0004439211

、C j 、およびκ j が、検出器間のバンドの拡張を補正することなくコンピュータ計算されるジムフィット法を用いた、結果として生じるTWプロットを図5に示す線13は式(26)により定義されるフィットであり、線14は式(25)により定義されるフィットである得られる結果は、M w =2.10×10 5 g/mol、 , C j , and κ j are computed without correcting for band broadening between detectors . The resulting TW plot using the Jim Fit method is shown in FIG . Line 13 is a fit defined by equation (26), and line 14 is a fit defined by equation (25) . The results obtained are: M w = 2.10 × 10 5 g / mol,

Figure 0004439211
Figure 0004439211

、およびA 2 =5.13×10 -4 molml/g 2 であった
次に、図6に示すように包括的フィット法を用いて同じデータをフィットさせると、分子パラメータについて同じ結果が生じた最後に、式(20)のガウス近似を用いてκ j のバンド拡張を補正する結果として生じるTWプロットは実質的には図6と同一である導き出された分子パラメータは、M w =2.10×10 5 g/mol、
, And was A 2 = 5.13 × 10 -4 molml / g 2.
Next, fitting the same data using the global fit method as shown in FIG. 6 produced the same results for the molecular parameters . Finally, the band extension of κ j is corrected using the Gaussian approximation of equation (20) . The resulting TW plot is substantially the same as FIG . The derived molecular parameters are M w = 2.10 × 10 5 g / mol,

Figure 0004439211
Figure 0004439211

、およびA 2 =5.13×10 -4 molml/g 2 であるなお、バンド拡張補正はM w および , And A 2 = 5.13 × 10 -4 molml / g 2. Band extension correction is M w and

Figure 0004439211
Figure 0004439211

に対してはとるに足らない影響しか与えないが、それはA 2 を約10%変えるガウス近似結果は、伝統的なジムプロット法の3%以内である Has a negligible effect on it, but it changes A 2 by about 10% . The Gaussian approximation result is within 3% of the traditional Jim plot method .

最後に、検出器間のバンドの拡張補正へのガウス近似の結果を、校正方法の結果と比較する。前述の分析では、ガウス近似は各ピークに対して個別にコンピュータ計算された。拡張が1つのシステムパラメータであり、各ピークについて同一であると仮定すると、平均値Dm/D=1.099がコンピュータ計算可能である。校正方法から、Dm/D=1.060であることがわかる。したがって2つの方法は4%以内で一致し、それは実験誤差の範囲内である。 Finally, the result of the Gaussian approximation to the band extension correction between the detectors is compared with the result of the calibration method. In the above analysis, the Gaussian approximation was computed separately for each peak. Assuming that the extension is one system parameter and is the same for each peak, the average value D m /D=1.0099 can be computed. From the calibration method, it can be seen that D m /D=1.060. The two methods are therefore consistent within 4%, which is within experimental error.

光散乱の技術の当業者には明らかであるように、発明され、記載されたこの方法には、実践のために列挙した根本的な要素から逸脱しない多くの明らかな変形がある。そのような変形はすべて、これまで記載したこの発明の全く明らかな実現であり、特許請求の範囲を参照することにより含まれている。   As will be apparent to those skilled in the art of light scattering, there are many obvious variations of the method that has been invented and described that do not depart from the fundamental elements listed for practice. All such variations are quite obvious implementations of the present invention described so far and are included by reference to the claims.

この発明の好ましい実施形態の主要なクロマトグラフィ要素の接続の図である。FIG. 3 is a diagram of the main chromatographic element connections of a preferred embodiment of the present invention. 図3に示すトルエン中の200kDポリスチレンのジムプロットを作図するために使用される一連の注入液についての90°光散乱信号の図である。これは、各注入液により達成されたプラトーと、ともに平均化された試料の範囲とを示す。縦軸は未加工の検出器電圧マイナス溶媒基線電圧である。FIG. 4 is a diagram of a 90 ° light scattering signal for a series of infusates used to construct a Jim plot of 200 kD polystyrene in toluene shown in FIG. This shows the plateau achieved with each infusate and the range of samples averaged together. The vertical axis is the raw detector voltage minus the solvent baseline voltage. トルエン中に溶解された狭い200kD標準ポリスチレンの伝統的なジムプロットの図である。試料は、親溶液の連続希釈によって作られた。FIG. 2 is a traditional Jim plot of a narrow 200 kD standard polystyrene dissolved in toluene. Samples were made by serial dilution of the parent solution. 図5に示すトレイノフ−ワイアットプロットに使用される単一の注入液の図である。トレース11は未加工の90°光散乱信号である。トレース12はDRI信号である。それは、そのピークが光散乱ピークの90%となるよう倍率調整されており、検出器間遅延体積を補正するよう時間変更されている。DRI信号における垂れ下がる特徴は、試料中の溶解ガスのためであり、それは防護カラムによって分離される。ピーク形状の若干の違いは検出器間のバンドの拡張によるものである。なお、それは一定状態に留まらない。これは、図5を作成するのに使用される6つの注入液のうちの1つである。FIG. 6 is a diagram of a single infusion used in the Trenoff-Wyatt plot shown in FIG. Trace 11 is a raw 90 ° light scatter signal. Trace 12 is a DRI signal. It has been scaled so that its peak is 90% of the light scattering peak, and timed to correct the interdetector delay volume. The sagging feature in the DRI signal is due to the dissolved gas in the sample, which is separated by a protective column. Some differences in peak shape are due to band expansion between detectors. Note that it does not stay constant. This is one of the six infusions used to create FIG. ジムフィット法を用いたトレイノフ−ワイアットプロットの図である。プロットの左の線13は、各注入液についてのデータのゼロ散乱角度への投影である。この投影の傾斜がA2を決定する。プロットの底の線14は、各検出器についてのデータのゼロκへの投影である。この投影の傾斜が<rg 2>を決定する。これら2本の線の交点は1/Mwである。It is a figure of the Trenoff-Wyatt plot using the Jim fit method. Line 13 on the left of the plot is a projection of the data for each infusate to the zero scattering angle. The slope of this projection determines the A 2. The bottom line 14 of the plot is a projection of the data for each detector to zero κ. The slope of this projection determines <r g 2 >. The intersection of these two lines is 1 / Mw . 包括的フィット法を用いたトレイノフ−ワイアットプロットの図である。図5に使用したものと同じデータが使用された。FIG. 4 is a diagram of a Trenoff-Wyat plot using a global fit method. The same data used in FIG. 5 was used.

Claims (9)

分画されていない試料の重量平均モル質量Mw、平均2乗半径<rg 2>、および第2ビリアル係数A2を決定する方法であって、
A) 好適な溶媒手段において前記試料の一連のn個の希釈液を調製するステップを含み、前記希釈液は互いに約10の倍数の濃度の範囲にわたっており、前記方法はさらに、
B) 溶媒手段槽を提供するステップと、
C) 前記溶媒手段を順次、多角度光散乱検出手段および濃度検出手段を通って流すようにするポンプ手段を提供するステップと、
D) 前記n個の試料希釈液の各々の一定分量を順次注入するステップと、
E) 前記一定分量の各々の溶出の間中、それが前記多角度光散乱および濃度検出器手段を通過するにつれて、予め選択された流量容積測定に関する増分の間隔Δvで、前記多角度光散乱および濃度データをコンピュータ手段に収集し、記憶させるステップと、
F) 各前記試料希釈液jの全濃度溶出元素ijにわたって、前記収集された濃度データ値cijから、前記コンピュータ手段により、前記n個の試料注入液に対応するn個の和
Figure 0004439211
(式中、j=1〜n)を形成するステップと、
G) 各前記試料希釈液jの全濃度溶出元素ijにわたって、前記収集された濃度データ値cijから、前記コンピュータ手段により、前記n個の試料注入液に対応するn個の和
Figure 0004439211
(式中、j=1〜n)を形成するステップと、
H) 各前記試料希釈液jおよび各溶出iについて、各散乱角度θkでの前記収集された光散乱データから、過剰レイリー比Rij(θk)を計算するステップと、
I) 前記試料希釈液jの全光散乱溶出元素iにわたって、前記コンピュータ手段により、各散乱角度θkおよび試料希釈液jについて、n個の和
Figure 0004439211
(j=1〜n)を形成するステップと、
J) 比率Dj/Cj=κjを形成するステップと、
K) すべての角度kおよびn個の試料希釈液についての前記比率κjおよび前記和
Figure 0004439211
を用いて、前記分画されていない試料の前記重量平均モル質量、前記平均2乗半径、および前記第2ビリアル係数を導き出すステップとを含む、方法。
A method for determining a weight average molar mass M w , a mean square radius <r g 2 >, and a second virial coefficient A 2 of an unfractionated sample, comprising:
A) preparing a series of n dilutions of the sample in a suitable solvent means, the dilutions spanning a range of concentrations of about 10 times each other , the method further comprising:
B) providing a solvent means tank;
C) providing pump means for causing the solvent means to flow sequentially through the multi-angle light scattering detection means and the concentration detection means;
D) sequentially injecting an aliquot of each of the n sample diluents;
E) During each elution of the aliquot , as it passes through the multi-angle light scatter and concentration detector means, the multi-angle light scatter and Collecting and storing concentration data in a computer means;
F) From the collected concentration data value c ij over the total concentration elution element ij of each of the sample dilutions j, n sums corresponding to the n sample injections are obtained by the computer means.
Figure 0004439211
(Where j = 1 to n);
G) From the collected concentration data value c ij over the total concentration elution element ij of each of the sample diluents j, by the computer means, n sums corresponding to the n sample injection solutions
Figure 0004439211
(Where j = 1 to n);
H) calculating an excess Rayleigh ratio R ijk ) from the collected light scattering data at each scattering angle θ k for each sample diluent j and each elution i;
I) n total sums for each scattering angle θ k and sample diluent j over the total light scattering elution element i of the sample diluent j by the computer means
Figure 0004439211
Forming (j = 1-n);
J) forming the ratio D j / C j = κ j ;
K) The ratio κ j and the sum for all angles k and n sample dilutions
Figure 0004439211
Deriving the weight average molar mass, the mean square radius, and the second virial coefficient of the unfractionated sample.
前記分画されていない試料の前記重量平均モル質量、前記平均2乗半径、および前記第2ビリアル係数は、
a)
Figure 0004439211
を統計的手段によって関数
Figure 0004439211
(式中、N θ は角度変動フィットの最大度であり、N κ はフィットされるべきκ変動の最大度である)にフィットさせるステップと、
b) それから係数a 00 およびa 01 を決定するステップと、
c) 前記重量平均モル質量
Figure 0004439211
、前記平均二乗半径
Figure 0004439211
、および前記第2ビリアル係数
Figure 0004439211
を設定するステップ
とによって導き出される、請求項1に記載の方法。
The weight average molar mass, the mean square radius, and the second virial coefficient of the unfractionated sample are:
a)
Figure 0004439211
The function by statistical means
Figure 0004439211
Fitting , where N θ is the maximum degree of angular variation fit and N κ is the maximum degree of κ variation to be fitted;
b) then determining the coefficients a 00 and a 01 ;
c) The weight average molar mass
Figure 0004439211
, The mean square radius
Figure 0004439211
And the second virial coefficient
Figure 0004439211
The method of claim 1, wherein the method is derived by the step of:
前記分画されていない試料の前記重量平均モル質量、前記平均2乗半径、および前記ビリアル係数は、プロットから導き出され、
a) 各角度についてのデータは、κjの関数として、
Figure 0004439211
(式中、al,kはフィットパラメータであり、Nlは濃度フィットの次数である)にフィットされ、
b) 各注入液についてのデータは、
Figure 0004439211
(式中、bj,mはフィットパラメータであり、Nmは角度フィットの次数である)にフィットされ、
c) フィット係数は次に
Figure 0004439211
Figure 0004439211
(式中、umおよびvlはフィット係数である)にフィットされ、
d) 前記重量平均モル質量は、Mw=[1/u0+1/v0]から決定され、
e) 前記第2ビリアル係数A2=v1/2であり、
f) 前記平均2乗半径
Figure 0004439211
である、請求項1に記載の方法。
The weight average molar mass of the sample that is not the fraction the mean square radius, and the virial coefficients are derived from the plot,
a) The data for each angle is a function of κ j
Figure 0004439211
( Where a l, k is the fit parameter and N l is the order of the density fit)
b) Data for each infusion is
Figure 0004439211
( Where b j, m is the fit parameter and N m is the degree of the angle fit)
c) The fit factor is
Figure 0004439211
Figure 0004439211
(Where u m and v l are fit coefficients)
d) The weight average molar mass is determined from M w = [1 / u 0 + 1 / v 0 ],
e) the second virial coefficient A 2 = v 1/2 ;
f) The mean square radius
Figure 0004439211
The method of claim 1, wherein
比率Dj/Cj=κjの因子Djはバンド拡張が補正されている、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the factor D j of the ratio D j / C j = κ j is corrected for band extension. 前記多角度光散乱検出器手段は、選択された角度θでの単一角度光散乱検出器手段によって置き換えられ、前記和
Figure 0004439211
はそれに応じて単一の角度について形成される、請求項1に記載の方法。
The multi-angle light scatter detector means is replaced by a single angle light scatter detector means at a selected angle θ and the sum
Figure 0004439211
The method of claim 1, wherein is formed for a single angle accordingly.
前記単一角度光散乱検出器手段は角度θ=90°である、請求項5に記載の方法。  6. A method according to claim 5, wherein the single angle light scatter detector means has an angle [theta] = 90 [deg.]. 前記濃度検出器手段は差動屈折率(DRI)検出器である、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the concentration detector means is a differential refractive index (DRI) detector. 前記濃度検出器手段は紫外線(UV)吸収検出器である、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the concentration detector means is an ultraviolet (UV) absorption detector. 前記濃度検出器手段は蒸発性光散乱検出器である、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the concentration detector means is an evaporative light scattering detector.
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