GPC

CompanyLOGO凝胶色谱分析法（GPC）高聚物的分子量与分子量分布高聚物的性能特别是机械性能、加工性能及高分子在溶液中的特性等都与高聚物分子量有关。如冲击强度、模量、拉伸强度、耐热、耐腐蚀性都与高聚物的分子量和分子量分布有关。测定高聚物的分子量分布也是研究高分子聚合物或降解动力学的重要途径。高聚物分子量的多分散性是高聚物最基本特征之一，平均分子量及其分布宽度不仅可以用来表征聚合物的链结构，而且也是决定高分子材料性能的基本参数之一，因此研究高聚物就必须掌握分子量分布的测定方法。测定聚合物分子量的方法直接方法渗透压方法(forMn)光散射方法(forMw)粘度方法(forMv)超速离心方法(forMz)间接方法GPC(forMn,MwandMz)用标准品进样得到分子量校正曲线，间接算出聚合物样品的相对分子量。如和标准品结构不同，还需进行相应的计算才能得到聚合物样品自身的分子质量的优势相对分子量分布(多分散性指数)对聚合物的性质有重要影响。在相对分子质量分布（多分散性指数）成为人们关注的热点后，经典方法却不能同时测定聚合物的相对分子质量及分布。凝胶渗透色谱(GPC)的应用改善了测试条件，并提供了可以同时测定聚合物的相对分子质量及其分布的方法，使其成为测定高分子相对分子质量及其分布最常用、快速和有效的技术。背景GPC•1860~1930:多孔材料具有吸附-分离（尤其是染料）的功能;•1940~1970:一般意义上的液相色谱出现了;•1964:世界首台商用GPC由Waters公司推出;•1970:HPLC（测试更快、分离效果更好、样品需求量更小、检测器更灵敏）;•HPLC的新技术不断地运用到GPC领域中高效液相色谱（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂，或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。高效液相色谱（HPLC）分类（按照分离机理不同）吸附色谱固定相吸附剂对待分离物质分子吸附能力的差异分配色谱固定相与流动相之间对待分离组分溶解度的差异离子色谱离子交换亲和色谱固定相的可逆结合特性来分离分子体积排除色谱待分离物质的体积大小差异色谱柱内填充物不同检测系统不同结果分析软件不同体积排除色谱（SizeExclusionChromatography，SEC）是利用多孔凝胶固定相的独特特性，而产生的一种主要依据分子尺寸大小的差异来分离的液相色谱方法。凝胶渗透色谱(Gelpermeationchromatography，GPC)主要用于聚合物领域以有机溶剂为流动相(氯仿，THF，DMF)常用固定相填料：苯乙烯－二乙烯基苯共聚物凝胶过滤色谱(Gelfiltrationchromatography，GFC)主要用于生命科学领域以水溶液为流动相常用固定相填料：亲水性有机凝胶(葡聚糖，琼脂糖，聚丙烯酰胺等)分离原理（体积排除）GPC是靠分子大小分离的技术分离基于溶液中分子的尺寸（取决于溶剂的种类及温度）淋洗体积或淋洗时间不同而分离固定相（凝胶）不与溶剂发生化学反应；与样品间无作用力系统工作原理淋洗液通过输液泵成为流速恒定的流动相，进入紧密装填多孔性微球的色谱柱，中间经过一个可将样品送往体系的进样装置。聚合物样品进样后，淋洗液带动溶液样品进入色谱柱并开始分离，随着淋洗液的不断洗提，被分离的高分子组份陆续从色谱柱中淋出。浓度检测器不断检测淋洗液中高分子组份的浓度响应，数据被记录最后得到一张完整的GPC淋洗曲线。(s)detector(s)dataacquisitionTemperaturecontrol流动相（溶剂）种类•有机溶剂（THF、CHCl3、DMF）•水(s)detector(s)dataacquisitionTemperaturecontrol色谱柱中填料（凝胶）种类•交联的苯乙烯和二乙烯基苯共聚物（聚合物领域常用）•多孔性玻璃、多孔性硅胶、多孔性氧化铝•半硬质及软质材料（聚醋酸乙烯酯凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、葡萄糖凝胶）•木质素凝胶凝胶的选择（孔径大小）根据样品的分子量范围进行选择(s)detector(s)dataacquisitionTemperaturecontrol色谱柱分类与选择•单一孔径（同一孔径填料，注重某一特定分子量范围的柱效）•混合床柱（不同孔径填料，注重用较少的色谱柱得到更宽的分子量范围）•分子量范围已知，选择单一孔径；分子量范围未知，选择混合床柱得到精确的分子量分布探索分子量范围(s)detector(s)dataacquisitionTemperaturecontrol检测器种类及组合•示差折光（RI）和紫外吸收（UV）检测器•示差折光检测器/光散射检测器•示差折光检测器/黏度检测器•示差折光检测器/光散射检测器/黏度检测器浓度检测器相对分子质量检测器(s)detector(s)dataacquisitionTemperaturecontrol柱温控制•使用环境温度小于50˚C•最高控制温度小于150˚C•不同溶剂温度不同（THF:35˚C,DMF:85˚C）谱图横坐标代表色谱保留值（与相对分子质量对数值lgM成比例），即样品的淋洗体积或级分；也可以表示为保留时间纵坐标代表流出液的浓度，表示在某一级分下样品的重量分数单分散多分散如何根据GPC谱图计算样品的相对分子质量及其分布？转换成相对分子质量，即得到Ve与lgM的关系曲线，称为相对分子质量标准曲线选用一系列与样品同类型的不同分子量(已知)的单分散（Mw/Mn1.1）标样，与被测样品在相同条件下进行GPC分析，每一个标样的Ve对应其lgM，即可得到lgMVe曲线，称为单分散性标样校准曲线普适标准曲线流体力学体积不同保留体积不同柔顺性不同分子量不同分子结构不同流体力学体积与保留体积的关系曲线具有普适性，称为普适标准曲线[]=2.5NAVh/M[]M=2.5NAVh[]1M1=[]2M2[]：特性黏数NA：阿伏伽德罗常数Vh：聚合物链等效球的流体力学体积K、为每一特定高分子-溶剂体系的常数普适标准曲线[]1M1=[]2M2计算平均分子量（定义法）选20个点选40个点选20个点可处理任何形状的GPC谱图计算平均分子量（函数适应法）多数聚合物的GPC谱图是对称的，近似于高斯分布VeVpVeVpVeVpMn=Mpexp（-2B2/2）Mw=Mpexp（2B2/2）Mp：峰值对应的分子量：标准偏差，等于峰宽的1/4B：校准曲线的斜率仅适用于对称性谱图分析大致步骤根据样品的特点选择合适的GPC柱子和标样，并且确定采用的GPC校正方法配制标样和样品，用进样器进样得到色谱图用数据采集器和GPC软件生成校正曲线并计算样品平均分子量，制作报告分析注意事项如何配制标样和样品系统平衡柱子冲洗及保存校正曲线有效时间亲水性聚合物分析标样配制由于凝胶色谱中浓度检测通常使用示差折光检测器，其灵敏度不太高，所以试样的浓度不能配置得太稀。但另一方面色谱柱的负荷量是有限的，浓度太大易发生“超载”现象。一般情况下，进样浓度按分子质量大小的不同在0.05~0.5%（质量分数）范围内配置。分子质量越大，溶液浓度越低。标样配制应该严格按照标样说明书进行。通常室温静置12小时以上，然后轻轻混匀。绝对不能超声或者剧烈振荡来加速溶解。溶液进样前应先经过过滤，以防止固体颗粒进入色谱柱内，引起柱内堵塞，损坏色谱柱。进样浓度范围及体积分子量范围样品浓度低于5,0001.0%5,000～25,0000.5%25,000～200,0000.25%200,000～2,000,0000.1%高于2,000,0000.05%进样体积50-100L之间(浓度在0.05%-0.5%之间)的其它应用GPC与小角激光光散射联用，把相对法变为绝对法，不用标样直接测定分子量。GPC与粘度或分子量测定相结合，可研究高聚物的长链支化度。GPC与多重检测器联用，可用来测定共聚物和高分子共混物的组成分布。GPC与自动粘度计联用，可直接测定淋出液中各级分的极限粘度，利用普适标定关系得到各级分的分子量。GPC的色谱柱由很大的容量，可采用较大的流速和进样量，按级分逐一收集分离的试样，以制备少量标准样品。CompanyLOGO谢谢!