1、凝胶渗透色谱法（GPC）,SEC与GPC,SEC：Size Exclusion Chromatography (尺寸排阻色谱） SEC定义：利用多孔凝胶固定相的独特特性，主要依据分子尺寸大小差异来分离的液相色谱方法,SEC与GPC,GPC：Gel Permeation Chromatography (凝胶渗透色谱) GPC主要用于聚合物领域 流动相为有机溶剂(氯仿，THF，DMF) 固定相填料：苯乙烯二乙烯基苯共聚物,GPC简单回顾,60年前，人造沸石分离了气体和低分子量的有机物,1953年，用离子交换树脂分离了苷、多元醇和其它非离子物质,1959年，用交联的缩聚葡糖凝胶来分离水溶液中不同分子
2、量的样品,20世纪60年代，将高交联度聚苯乙烯凝胶用作柱填料，用示差折光仪作检测器，制成了GPC仪创立了液相色谱中的凝胶渗透色谱技术,高聚物的性能(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及其分布有关 测定高聚物的分子量分布是研究高分子聚合物或降解动力学的重要途径,GPC用途 高聚物分子量分布重要性,直接方法 渗透压方法 (for Mn) 光散射方法 (for Mw) 粘度方法 (for Mv) 超速离心方法 (for Mz) 间接方法 渗透凝胶色谱法GPC (for Mn, Mw and Mz),GPC用途 高聚物分子量分布测定方法,经典方法不能同时测定聚合物的相对分子质
3、量及分布 GPC可以同时测定聚合物的相对分子质量及其分布，方法快速有效,GPC用途 GPC测定分子量分布的优势,立体排斥理论 固定相是多孔填料，小分子样品可进入孔径内部 样品与固定相之间无作用力 迁移时间不同,GPC分离原理,GPC分离原理,被分离的高聚物在溶液中以无规线团的形式存在，具有一定的尺寸,高聚物与填料尺寸,高聚物与固定相相互作用分布,GPC分离原理,大尺寸分子保留的时间短；小尺寸分子保留的时间长,不同尺寸的高聚物分子分离过程,分子量M的对数值与淋洗体积V之间的关系曲线（Log M-V） 称之为分子量校正曲线,GPC分子量校正曲线 Log M-V曲线,排阻极限排阻极限是指不能进入凝胶
4、颗粒孔穴内部的最小分子的分子量排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量,GPC术语 排阻极限与渗透极限,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。,GPC术语 排阻极限与渗透极限,GPC系统工作原理,GPC系统,流动相（溶剂）种类 有机溶剂（THF、CHCl3、DMF ）水,GPC系统 流动相,色谱柱中填料（凝胶）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 木质素凝胶,GPC系统 凝胶,色谱柱分类与选择单一孔径（同一孔径填料，注重特定分子量
5、范围的柱效， 分子量范围已知）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，分子量范围未知）,GPC系统 色谱柱,检测器种类及组合 示差折光（RI）和紫外吸收（UV）检测器-浓度 示差折光检测器/光散射检测器-相对分子质量 示差折光检测器/黏度检测器-相对分子质量,GPC系统 检测器,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 ）,GPC系统 温度控制,选择GPC柱子和标样，确定GPC校正方法 配制标样和样品，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,GPC分析方法 一般步
6、骤,普通凝胶柱 同一种凝胶颗粒 在一段范围内校正曲线成线性 混合凝胶柱 混合凝胶颗粒 在较宽范围内校正曲线都成线性,GPC分析方法 色谱柱类型,按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系列 THF、氯仿、DMF 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 样品分子量应该处在排阻极限和渗透极限范围内，最好是处在校正曲线线性范围内,GPC分析方法 色谱柱选择方法,直接标定法 窄分布标样标定法 窄分布高聚物级分标定法 宽分布标样标定法 渐近校正法,GPC分析方法 校正方法,间接标定法 无扰均方末端距通用参数标定法 有扰均方末端距通用参数标定法 普适标定法,GPC分析方法 校正方法,窄分布标
7、样校正法 普适校正法 只要用一种高聚物（一般用窄分布聚苯乙烯）作标准曲线就可以测定其他类型的聚合物，但先决条件是2种高聚物的K和值必须己知,GPC分析方法 常用校正方法,标样 聚苯乙烯(PS，溶于各种有机溶剂) 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 聚环氧乙烷 (PEO，也叫聚氧化乙烯，溶于水) 聚乙二醇(PEG，溶于水),GPC分析方法 标样的选择,配制方法 样品为质量分数0.050.5% 通常室温静置12小时以上，绝对不能超声或者剧烈振荡来加速溶解 溶液进样前先过滤，以防止固体颗粒进入色谱柱内,GPC分析方法 标样和样品的配制,分子量范围 样品浓度 低于5,000 1.0% 5,00025,000
8、 0.5% 25,000200,000 0.25% 200,0002,000,000 0.1% 高于2,000,000 0.05% 进样体积：50-100uL,GPC分析方法 进样浓度范围及体积,GPC分析方法 GPC图谱,高分子材料的GPC全分析谱图,GPC分析方法 GPC图谱,单分散,多分散,横坐标色谱保留值 纵坐标代表流出液的浓度,GPC分析方法 单分散标准曲线数据处理,选用一系列与样品同类型的不同分子量(已知)的单分散（Mw/Mn 1.1）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,GPC分析方法 单分散
9、标准曲线数据处理,左：单分散标样的校正线绘制过程示意图 右：分子质量与保留体积关系图,GPC分析方法 普适标准曲线,GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。 根据Einstein粘度关系： = 2.5NV / M为特性粘度；v表示聚合物链等效的流体力学体积；N为阿佛加德罗常数；M为聚合物分子量；,GPC分析方法 普适标准曲线,当样品与标样有相同的淋洗体积时，下式成立： 1 M1 = 2 M2 上式中下标1为标样参数，2为样品参数将Mark-Houwink方程(=KM)代入，即得到： K1M21+1= K2M21+2 根据上式可得普适法校正公式：,GPC分析方法 普适标准曲线,K1、
10、K2、1、2在固定条件下是常数，已知两种高聚物在该条件下的K1、K2、1、2值 由标准样品的logM-Ve标定线求出被测样品高聚物的logM-Ve标定线,GPC分析方法 计算平均分子量,可处理任何形状的GPC谱图,选20个点,选40个点,选20个点,GPC分析方法 计算平均分子量,多数聚合物的GPC谱图是对称的，近似于高斯分布,Mn=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 1/4 B ：校准曲线的斜率,仅适用于对称性谱图,GPC分析方法 GPC分析结果,GPC traces of (a) the grafted PMMA and (b) thegrafted PMMA-b-PSt.,与小角激光光散射联用直接测定分子量 与粘度或分子量测定相结合研究高聚物的长链支化度 与多重检测器联用测定共聚物和高分子共混物的组成分布,GPC其他应用,THANK YOU!,
