GPC色谱分析工作原理.pptx

Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论20 20 世纪中期，大量采用世纪中期，大量采用一些经典的分离方法：沉一些经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取现代分析淀、蒸馏和萃取现代分析中，大量采用色谱和电泳中，大量采用色谱和电泳分离方法。迄今为止，色分离方法。迄今为止，色谱方法是最为有效的分离谱方法是最为有效的分离手段！其应用涉及每个科手段！其应用涉及每个科学领域。学领域。5050年代，色谱发展最快年代，色谱发展最快（一些新型色谱技术的发（一些新型色谱技术的发展；复杂组分分析发展的展；复杂组分分析发展的要求。要求。1937-19721937-1972年，年，1515年中有年中有1212个个NobelNobel奖是有关色谱奖是有关色谱研究的！研究的！Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论色谱分离基本原理：色谱分离基本原理：使使用用外外力力使使含含有有样样品品的的流流动动相相（气气体体、液液体体或或超超临临界界流流体体）通通过过一一固固定定于于柱柱或或平平板板上上、与与流流动动相相互互不不相相溶溶的的固固定定相相表表面面。样样品品中中各各组组份份在在两两相相中中进进行行不不同同程程度度的的作作用用。与与固固定定相相作作用用强强的的组组份份随随流流动动相相流流出出的的速速度度慢慢，反反之之，与与固固定定相相作作用用弱弱的的组组份份随随流流动动相相流流出出的的速速度度快快。由由于于流流出出的的速速度度的的差差异异，使使得得混混合合组组份份最最终终形形成成各各个个单单组组份份的的“带带(band)(band)”或或“区区(zone)(zone)”，对对依依次次流流出出的的各各个个单单组组份份物物质质可分别进行定性、定量分析。可分别进行定性、定量分析。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论色谱分类方法：色谱分类方法：11.按固定相外形分：按固定相外形分：柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱和纸色谱。柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱和纸色谱。2.2.按组份在固定相上的分离机理分：按组份在固定相上的分离机理分：吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同；吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同；分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同；分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同；离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和力不同；力不同；凝胶色谱（尺寸排阻色谱）不同尺寸分子在固定相上的渗透凝胶色谱（尺寸排阻色谱）不同尺寸分子在固定相上的渗透作用。作用。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 3.按两相状态分按两相状态分第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论色谱流出曲线（色谱图）色谱流出曲线（色谱图）混合组分的分离过程及混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同检测器对各组份在不同阶段的响应阶段的响应Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论色谱术语：色谱术语：1 1）基线：在实验条件下，）基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲进入检测器时的流出曲线称为基线，线称为基线，S/NS/N大的、大的、稳定的基线为水平直线。稳定的基线为水平直线。2 2）峰高：色谱峰顶点与）峰高：色谱峰顶点与基线的距离。基线的距离。3 3）保留值）保留值(Retention value,R)(Retention value,R)a.a.死死时时间间(Dead(Dead time,time,t t0 0)：不不与与固固定定相相作作用用的的物物质质从从进进样样到到出出现现峰峰极极大大值值时时的的时时间间，它它与与色色谱谱柱柱的的空空隙隙体体积积成成正正比比。由由于于该该物物质质不不与与固固定定相相作作用用，因因此此，其其流流速速与流动相的流速相近。与流动相的流速相近。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论b.保保留留时时间间tr：试试样样从从进进样样到到出出现现峰峰极极大大值值时时的的时时间间。它它包包括括组组份份随随流流动动相相通过柱子的时间通过柱子的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。和组份在固定相中滞留的时间。c.调调整整保保留留时时间间：某某组组份份的的保保留留时时间间扣扣除除死死时时间间后后的的保保留留时时间间，它它是是组组份份在固定相中的滞留时间。即在固定相中的滞留时间。即由由于于时时间间为为色色谱谱定定性性依依据据。但但同同一一组组份份的的保保留留时时间间与与流流速速有有关关，因因此此有有时时需用保留体积来表示保留值。需用保留体积来表示保留值。d.死死体体积积V0：色色谱谱柱柱管管内内固固定定相相颗颗粒粒间间空空隙隙、色色谱谱仪仪管管路路和和连连接接头头间间空空隙隙和和检测器间隙的总和。勿略后两项可得到：检测器间隙的总和。勿略后两项可得到：其中，其中，Fco为柱出口的载气流速为柱出口的载气流速（mL/min)，其值为：，其值为：F0-检测器出口流速；检测器出口流速；Tr-室温；室温；Tc-柱温；柱温；p0-大气压；大气压；pw-室温时水蒸汽压。室温时水蒸汽压。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论 e.保保留留体体积积Vr：指指从从进进样样到到待待测测物物在在柱柱后后出出现现浓浓度度极极大大点点时时所所通通过过的的流流动动相相的体积。的体积。f.调整保留体积调整保留体积：某组份的保留体积扣除死体积后的体积。：某组份的保留体积扣除死体积后的体积。g.相对保留值相对保留值r2,1：组份：组份2的调整保留值与组份的调整保留值与组份1的调整保留值之比。的调整保留值之比。注意：注意：r2,1只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关，而而与与柱柱内内径径、柱柱长长L、填填充充情情况况及及流流动动相相流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是GC中广泛用于定性的依据！中广泛用于定性的依据！具具体体做做法法：固固定定一一个个色色谱谱峰峰为为标标准准s，然然后后再再求求其其它它峰峰i对对标标准准峰峰的的相相对对保保留留值值，此时以此时以 表示：表示：1,又称选择因子又称选择因子(Selectivity factor)。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC色谱法基本原理色谱法基本原理1)1)分配系数分配系数(Distribution constant,K)(Distribution constant,K)：描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附-脱附过程脱附过程的参数，称为分配系数。的参数，称为分配系数。第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论描述分配过程的参数描述分配过程的参数K K 只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论2)选择因子选择因子 ：色谱柱对：色谱柱对A、B两组分的选择因子两组分的选择因子 定义如下：定义如下：A A为先流出的组分，为先流出的组分，B B为后流出的组分。为后流出的组分。注意：注意：K K 反映的是某一组分在两相间的分配；而反映的是某一组分在两相间的分配；而 是反映是反映两组分间的分离情况！当两组分两组分间的分离情况！当两组分 K K 相同时，相同时，=1=1 时，两组时，两组分不能分开；当两组分分不能分开；当两组分 K K 相差越大时，相差越大时，越大，分离得越越大，分离得越好。也就是说，两组分在两相间的分配系数不同，是色谱分好。也就是说，两组分在两相间的分配系数不同，是色谱分离的先决条件。离的先决条件。和和 K K 是计算色谱柱分离效能的重要参数！是计算色谱柱分离效能的重要参数！Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 引言引言凝胶色谱法是一种新型的液体色谱凝胶色谱法是一种新型的液体色谱(Gel Permeation ChromatographyGel Permeation Chromatography 简称 GPCGPC)别名：体积排除色谱别名：体积排除色谱(Size Exclusion Chromatography(Size Exclusion Chromatography 简称简称 SEC)SEC)凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱(Gel Filtration Chromatography(Gel Filtration Chromatography 简称简称GFC)GFC)等。等。从分离机理看，使用体积排除色谱从分离机理看，使用体积排除色谱(SEC)(SEC)较为确切。较为确切。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 引言引言19641964年由年由J.C.MooreJ.C.Moore首先研究成功首先研究成功(J.Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.19641964,2(2):835-843)在总结前人经验的基础上，结合大网状结构离子交换在总结前人经验的基础上，结合大网状结构离子交换树脂制备的经验，将高交联度聚苯乙烯凝胶用作柱填料，同时树脂制备的经验，将高交联度聚苯乙烯凝胶用作柱填料，同时配以连续式高灵敏度的示差折光仪，制成了快速且自动化的高配以连续式高灵敏度的示差折光仪，制成了快速且自动化的高聚物分子量及分子量分布的测定仪，从而创立了液相色谱中的聚物分子量及分子量分布的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶渗透色谱技术。凝胶渗透色谱技术。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第一节第一节 引言引言主要特点主要特点 操作简便快捷、进样量小、操作简便快捷、进样量小、数据可靠且重现性好、自动化程度高等。数据可靠且重现性好、自动化程度高等。应用领域应用领域 应用于聚合物分子量及其分布、聚合物的支化度、共聚应用于聚合物分子量及其分布、聚合物的支化度、共聚 物及共混物的组成、聚合物分级及其结构分析、高聚物中微物及共混物的组成、聚合物分级及其结构分析、高聚物中微 量添加剂的分析等。如果配以在线的绝对分子量检测器量添加剂的分析等。如果配以在线的绝对分子量检测器（如：（如：LALLSLALLS、Multi-Angle LSMulti-Angle LS、Dual-Angle LSDual-Angle LS等），凝胶等），凝胶渗透色谱可以测定高聚物的绝对分子量。渗透色谱可以测定高聚物的绝对分子量。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第二节第二节 机理机理 当被分析的试样随着淋当被分析的试样随着淋洗溶剂引入柱子后，溶质分洗溶剂引入柱子后，溶质分子即向填料内部孔洞扩散。子即向填料内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的较小的分子除了能进入大的孔外，还能进入较小的孔；孔外，还能进入较小的孔；较大分子则只能进入较大的较大分子则只能进入较大的孔；而比最大的孔还要大的孔；而比最大的孔还要大的分子就只能留在填料颗粒之分子就只能留在填料颗粒之间的空隙中。因此，随着溶间的空隙中。因此，随着溶剂的淋洗，大小不同的分子剂的淋洗，大小不同的分子就得到分离，较大的分子先就得到分离，较大的分子先被淋洗出来，较小的分子较被淋洗出来，较小的分子较晚被淋洗出来。晚被淋洗出来。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第二节第二节 机理机理VtV0ViVgVt:色谱柱总体积色谱柱总体积V0:载体的粒间体积载体的粒间体积Vi:载体内部的空洞体积载体内部的空洞体积Vg:载体的骨架体积载体的骨架体积溶剂分子：溶剂分子：V0中的溶剂称为流动相；中的溶剂称为流动相；Vi中的溶剂称为固定相中的溶剂称为固定相高分子：高分子：1)体积比孔洞尺寸大，淋出体积即为体积比孔洞尺寸大，淋出体积即为V0;2)体积远小于所有孔洞体积，淋出体积即为体积远小于所有孔洞体积，淋出体积即为V0+Vi;3)体积中等，淋出体积则大于体积中等，淋出体积则大于V0，小于，小于V0+Vi.Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第二节第二节 机理机理Ve:溶质的淋出体积；溶质的淋出体积；K:分配系数分配系数(孔体积孔体积Vi中可以被溶质分子进入的部分与中可以被溶质分子进入的部分与Vi之比之比)特别大的溶质分子：特别大的溶质分子：VeV0，K0；特别小的溶质分子：特别小的溶质分子：VeV0Vi，K1中等大小的溶质分子：中等大小的溶质分子：V0 VeV0+Vi，0K 1VeV0KViK=Ve-ViVi孔穴孔穴填充物填充物颗颗粒粒 大大 中中小小样样品品Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第二节第二节 机理机理溶质分子的体积越小，其淋出体积越大。这种解释不溶质分子的体积越小，其淋出体积越大。这种解释不考虑溶质与载体之间的吸附效应以及在流动相和固定相之考虑溶质与载体之间的吸附效应以及在流动相和固定相之间的分配效应，其淋出体积仅仅由溶质分子尺寸和载体的间的分配效应，其淋出体积仅仅由溶质分子尺寸和载体的孔尺寸决定，分离完全时由于体积排除效应所至，故称为孔尺寸决定，分离完全时由于体积排除效应所至，故称为体积排除机理。体积排除机理。孔穴孔穴填充物填充物颗颗粒粒 大大 中中小小样样品品GPC柱柱Spring 2010第七章第七章 GPC GPC 第二节第二节 机理机理Log(MW)排阻极限排阻极限渗透极限渗透极限GPC柱柱Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理GPC术语术语排阻极限排阻极限排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子的排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子的分子量。所有大于排阻极限的分子都不能进入凝胶颗粒分子量。所有大于排阻极限的分子都不能进入凝胶颗粒内部，直接从凝胶颗粒外流出所以它们同时被最先洗内部，直接从凝胶颗粒外流出，所以它们同时被最先洗脱出来。排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子脱出来。排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量，大于这种凝胶的排阻极限的分子用这种凝胶不能得量，大于这种凝胶的排阻极限的分子用这种凝胶不能得到分离。随固定相不同，排阻极限范围约在到分离。随固定相不同，排阻极限范围约在 400400至至601060106 6之间。之间。渗透极限渗透极限能够完全进入凝胶颗粒孔穴内部的最大分子的分子量。能够完全进入凝胶颗粒孔穴内部的最大分子的分子量。在选择固定相时，应使欲分离样品粒子的相对分子质量落在在选择固定相时，应使欲分离样品粒子的相对分子质量落在固定相的渗透极限和排阻极限之间。固定相的渗透极限和排阻极限之间。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理平均分子量计算公式平均分子量计算公式数均分子量数均分子量重均分子量重均分子量Hi：峰高峰高Mi：分子量：分子量Mw=S S MiHiS S HiMn=S S HiS S(Hi/Mi)Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理测定聚合物分子量的方法测定聚合物分子量的方法直接方法直接方法渗透压方法渗透压方法 (for Mn)(for Mn)光散射方法光散射方法 (for Mw)(for Mw)粘度方法粘度方法 (for Mv)(for Mv)超速离心方法超速离心方法 (for Mz)(for Mz)间接方法间接方法GPC(for Mn,Mw and Mz)GPC(for Mn,Mw and Mz)用标准品进样得到分子量校正曲线，间接算出聚合物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。相应的计算才能得到聚合物样品自身的分子质量。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理为什么要用为什么要用GPC方法？方法？相对分子量分布相对分子量分布(多分散性指数多分散性指数)对聚合物的性质有重要影响。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分布。后，经典方法却不能同时测定聚合物的相对分子质量分布。凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱(GPC)(GPC)的应用改善了测试条件，并提供了可以同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。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。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理泵泵进样进样器器色色谱谱柱柱柱温箱柱温箱检测检测器器THF,氯氯仿仿,DMF 示差示差检测检测器器GPCGPC系统配置系统配置Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理Waters 1515型凝胶渗透色谱仪Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理GPCGPC色谱柱选择色谱柱选择按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系列按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系列THFTHF、氯仿、氯仿、DMFDMF必须选择合适的溶剂来溶解聚合物必须选择合适的溶剂来溶解聚合物按照样品分子量范围来选择柱子型号按照样品分子量范围来选择柱子型号样品分子量应该处在排阻极限和渗透极限范围内，并且最样品分子量应该处在排阻极限和渗透极限范围内，并且最好是处在校正曲线线性范围内好是处在校正曲线线性范围内Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理载体是载体是GPCGPC产生分离作用的关键产生分离作用的关键GPC GPC 仪器对载体的要求：仪器对载体的要求：1.1.良好的化学稳定性和热稳定性；良好的化学稳定性和热稳定性；2.2.有一定的机械强度有一定的机械强度3.3.不易变形不易变形;4.4.流动阻力小流动阻力小 5.5.对试样没有吸附作用对试样没有吸附作用6.6.分离范围越大越好（取决于孔径分布分离范围越大越好（取决于孔径分布)等等7.7.载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱分离载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱分离效率愈高。效率愈高。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理GPCGPC载体的种类：载体的种类：1.1.交联聚苯乙烯凝胶交联聚苯乙烯凝胶2.2.多孔性玻璃多孔性玻璃3.3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯酰胺凝胶半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯酰胺凝胶4.4.木质素凝胶等木质素凝胶等Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理评价色谱柱性能的两个重要参数评价色谱柱性能的两个重要参数柱效率柱效率N N：色谱柱的效率可借用色谱柱的效率可借用“理论塔板数理论塔板数”N N进行描述。进行描述。测定测定N N的方法：用一种相对分子量均一的纯物质，如邻二氯的方法：用一种相对分子量均一的纯物质，如邻二氯苯、苯甲醇、乙腈、苯等，作苯、苯甲醇、乙腈、苯等，作GPCGPC测定，得到色谱峰，从图测定，得到色谱峰，从图上可以求得从样品加入到出现峰顶位置的淋洗体积上可以求得从样品加入到出现峰顶位置的淋洗体积V VR R，以及，以及由峰的两侧曲线拐点出作出切线与基线所截得的基线宽度即由峰的两侧曲线拐点出作出切线与基线所截得的基线宽度即峰底宽峰底宽W W，然后按照下式进行计算，然后按照下式进行计算N N：Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理对于相同长度的色谱柱，对于相同长度的色谱柱，N值越大，意味着柱效率越高。值越大，意味着柱效率越高。分离度分离度R：式中，式中，V1，V2分别为对应于样品分别为对应于样品1和样品和样品2的两个峰值的淋的两个峰值的淋洗体积；洗体积；W1，W2分别为峰分别为峰1和峰和峰2的峰底宽。的峰底宽。显然，若两个样品达到完全分离，显然，若两个样品达到完全分离，R应等于或大于应等于或大于1，如，如果果R小于小于1，则分离是不完全的。，则分离是不完全的。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理标样标样聚苯乙烯聚苯乙烯(PS(PS，溶于各种有机溶剂，溶于各种有机溶剂)聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(PMMA)聚环氧乙烷聚环氧乙烷 (PEO(PEO，也叫聚氧化乙烯，溶于水，也叫聚氧化乙烯，溶于水)聚乙二醇聚乙二醇(PEG(PEG，溶于水，溶于水)(PEO(PEO与与PEGPEG的碳链骨架相同，但是的碳链骨架相同，但是其合成原料和封端其合成原料和封端不同，由于原料的性质，使其产物的分子量和结构不同，由于原料的性质，使其产物的分子量和结构都有一定的区别。都有一定的区别。PEOPEO常是指一端为甲基封端，一端常是指一端为甲基封端，一端为羟基封端的聚环氧乙烷，而为羟基封端的聚环氧乙烷，而PEGPEG一般是两端都是羟一般是两端都是羟基封端的聚乙二醇。基封端的聚乙二醇。)Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理校正曲线校正曲线逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的关系逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的关系IDTimeMW114.797853000215.559380000316.239186000416.888100000517.47648000618.03223700718.49512200819.0055800Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理普适校正法普适校正法用一种高聚物标样做校正曲线，常用聚苯乙烯用一种高聚物标样做校正曲线，常用聚苯乙烯样品结构可以与标样不一样，并且可以有支链样品结构可以与标样不一样，并且可以有支链样品及标样在流动相溶剂中的样品及标样在流动相溶剂中的K K和和值必须己知值必须己知 可以用粘度法来测定可以用粘度法来测定K K和和的值的值Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理普适校正法普适校正法GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。根据根据Einstein粘度关系：粘度关系：为特性粘度；为特性粘度；vv表示聚合物链等效的流体力学体积；表示聚合物链等效的流体力学体积；N N为阿佛加德罗常数；为阿佛加德罗常数；M M为聚合物分子量。为聚合物分子量。根据上式可用根据上式可用 MM表示流体力学体积。表示流体力学体积。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理普适校正法普适校正法GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。根据根据Einstein粘度关系：粘度关系：为特性粘度；为特性粘度；vv表示聚合物链等效的流体力学体积；表示聚合物链等效的流体力学体积；N N为阿佛加德罗常数；为阿佛加德罗常数；M M为聚合物分子量。为聚合物分子量。根据上式可用根据上式可用 MM表示流体力学体积。表示流体力学体积。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理当样品与标样有相同的淋洗体积时，下式成立：当样品与标样有相同的淋洗体积时，下式成立：式中下标式中下标1 1为标样参数，为标样参数，2 2为样品参数。为样品参数。将将Mark-HouwinkMark-Houwink方程方程(=KM(=KM)代入，即得到：代入，即得到：从而得出：从而得出：Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理GPCGPC标样配制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，浓度太大易发生一方面色谱柱的负荷量是有限的，浓度太大易发生“超超载载”现象。现象。一般情况下，进样浓度按分子质量大小的不同在一般情况下，进样浓度按分子质量大小的不同在0.050.050.5%0.5%（质量分数）（质量分数）范围内配置。分子质量越大，溶液浓范围内配置。分子质量越大，溶液浓度越低。度越低。标样配制应该严格按照标样说明书进行。通常室温静置标样配制应该严格按照标样说明书进行。通常室温静置1212小时以上，然后轻轻混匀。绝对不能超声或者剧烈振小时以上，然后轻轻混匀。绝对不能超声或者剧烈振荡来加速溶解。荡来加速溶解。溶液进样前应先经过溶液进样前应先经过过滤过滤，以防止固体颗粒进入色谱柱，以防止固体颗粒进入色谱柱内，引起柱内堵塞，损坏色谱柱。内，引起柱内堵塞，损坏色谱柱。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第二节第二节 机理机理GPCGPC标样配制标样配制分子量范围分子量范围 样品浓度样品浓度低于低于5,0001.0%5,00025,0000.5%25,000200,0000.25%200,0002,000,0000.1%高于高于2,000,0000.05%Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用1 1）高分子与低分子同时测定）高分子与低分子同时测定由于小分子和高分子的流体力学体积相差较大，因而由于小分子和高分子的流体力学体积相差较大，因而GPCGPC可可以同时分析而不必进行预先分离，一般来说从高分子材料的以同时分析而不必进行预先分离，一般来说从高分子材料的GPCGPC可以同时看到三个区域：可以同时看到三个区域：A:A:高分子高分子 B:B:添加剂和齐聚物添加剂和齐聚物C C：未反应的单体和低分子的污：未反应的单体和低分子的污染物如水。染物如水。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析普通双酚普通双酚A A型的环氧树脂有很宽的分子量范围，包括低分子量型的环氧树脂有很宽的分子量范围，包括低分子量的，中等分子量的，高分子量的产品。的，中等分子量的，高分子量的产品。GPCGPC能快速可靠的鉴别能快速可靠的鉴别不同类型环氧树脂的分子量特性。下图是三种不同分子量的不同类型环氧树脂的分子量特性。下图是三种不同分子量的GPCGPC谱图，图上数字代表不同的聚合度谱图，图上数字代表不同的聚合度n n，树脂和齐聚物的峰形，树脂和齐聚物的峰形特征可用作指纹图，以区别不同厂家和批号的产品。特征可用作指纹图，以区别不同厂家和批号的产品。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用高分子材料中小分子的定性鉴别高分子材料中小分子的定性鉴别和其他色谱方法一样，和其他色谱方法一样，GPCGPC也可以用保留体积来鉴别或分离后也可以用保留体积来鉴别或分离后用用IRIR等方法鉴定中小分子物质。这里介绍一种便利方法。如等方法鉴定中小分子物质。这里介绍一种便利方法。如果能预测某未知峰属于某种化合物，则将该化合物加入该试果能预测某未知峰属于某种化合物，则将该化合物加入该试样中，比较前后的谱图变化，如果未知峰强化，则很可能就样中，比较前后的谱图变化，如果未知峰强化，则很可能就是该物质。是该物质。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用2 2）在高分子材料生产过程中）在高分子材料生产过程中的检测的检测丁苯橡胶在塑炼时分子量丁苯橡胶在塑炼时分子量分布的变化分布的变化在塑炼过程中定时取样分析，在塑炼过程中定时取样分析，结果如图，随时间的增加，结果如图，随时间的增加，高分子量组分裂解增加，高分子量组分裂解增加，GPCGPC曲线向低分子量方向移动，曲线向低分子量方向移动，经过经过25min25min以后，高分子量组以后，高分子量组分几乎完全消失。如果塑炼分几乎完全消失。如果塑炼的目的就是消除该组分，那的目的就是消除该组分，那么么25min25min足够了。通过足够了。通过GPCGPC数数据可以帮助工作人员确定塑据可以帮助工作人员确定塑炼时间。炼时间。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用 控制聚合反应的终点控制聚合反应的终点用用GPCGPC对聚合物进行中间对聚合物进行中间反应分析，使生产人员反应分析，使生产人员能在达到预定的单体能在达到预定的单体/聚聚合物比后即时中止反应。合物比后即时中止反应。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用3 3）高分子材料老化过程研究）高分子材料老化过程研究用用GPC可以研究高分子材料在使用过程中的老化，以可以研究高分子材料在使用过程中的老化，以HDPE为例，必为例，必需加适量抗氧剂。需加适量抗氧剂。Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用4 4）高分子支化度的测定）高分子支化度的测定 表征高分子的支化度的参数，常用的是支化因子表征高分子的支化度的参数，常用的是支化因子g g显然对于相同分子量的高分子显然对于相同分子量的高分子 所以支化程度所以支化程度越大，越大，g g越小越小Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用另一个支化参数是另一个支化参数是G:G:Spring 2010第七章第七章 GPC GPC第三节第三节 应用应用这样，如果给出保留体积，即流体力学体积相等的情况这样，如果给出保留体积，即流体力学体积相等的情况下，支化高分子的分子量大于线形高分子的分子量。下，支化高分子的分子量大于线形高分子的分子量。测定时可用自动粘度计作为检测器，直接测得支化高分测定时可用自动粘度计作为检测器，直接测得支化高分子每个级分的子每个级分的 ,即即 bibi,对于同一级分，对于同一级分，即可求得支化度即可求得支化度