1、凝胶渗透色谱法 GPC高效液相色谱 HPLC,2,测定方法端基分析沸点升高冰点降低气象渗透压膜平衡渗透压电子显微镜光散射X 光小角散射超离心沉降平衡超离心沉降速度稀溶液粘度凝胶渗透色谱,使用分子量范围 310 4 310 4 310 4 310 4510 5 -10 6 510 5 10 2 10 2110 4 -110 5110 4 -110 7 10 2 10 2,平均分子量数均数均数均数均数均数均重均重均重均，平均各 种 平均数均各 种 平均,测定高聚物分子量的方法 :端基分析、沸点升高、冰点降低、气相渗透压。膜平衡渗透压、光散射、 X 光小角散射、超速离心沉降、稀溶液粘度和凝胶渗透色谱
2、等。表 1-4 分子量的测定方法及其大致适用范围,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,1. 凝胶渗透色谱（ GPC ）：测定高分子材料的分子量及其分布的最常用、,快速和有效的方法。,GPC 是柱液相色谱。,以 通 用 ； 两 者 机 理 不 同 ， 因 而结 果 有很 好 的互 补 性 。,2. 高效液相色谱（ HPLC ）：另一种柱液相色谱。是非极性固定相，以,极性溶液为流动相。,HPLC 在高分子领域中的应用：主要是测定高分子材料中的小分子物。由于 GPC 和 HPLC 都是液固色谱，除了柱子不同外仪器的其他部分可,测定：（ 1 ）高聚物的分子量及分布；,（ 2 ）高分子材料
3、内小分子物质的测定、支化度等某些结构分析； （ 3 ）作为分离手段，进行级分的定性和定量检测。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,一、基本原理,GPC 以 体积排除 为主要原理。,GPC 的核心部件：色谱柱内装有多孔性填料（称为凝胶），凝胶的表面和,内 部 有 各 种 大 小 不 同 的 孔 洞 和通 道 。当 被 分析 的 样 品随 着 淋 洗 溶 剂 引 入 柱 子 后 ， 溶 质 分 子 即 向 填 料 内 部孔 洞 扩散 。 较小 的 分 子除 了 能 进 入 大 孔 外 ， 还 能 进 人 较 小 的 孔 ； 较 大 的 分子 则 只能 进 人较 大 的 孔； 而 比
4、 最 大 的 孔 还 要 大的分子就只能留在填料颗 粒之间的空隙中。从渗透的 深度来说，较小的分子能渗 人孔洞更深的内部。,因此，随着溶剂的淋洗，,大小不同的分子就得到分离， 较大的分子先被淋洗出来， 较小的分子较后被淋洗出来。,分 离 的 基 础 主 要 根 据 溶 液 中 分子 体 积 （即流体力学体积）的大小。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC（二）仪器仪器组成：输液系统 （柱塞泵）进样器,色谱柱,浓度检测器分子量检测器,凝胶、溶剂,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,（二）仪器,1 色谱柱（ Water Styragel 为例，不锈钢，内径 8 mm ，长
5、度 400 mm ）,(1) 凝胶 GPC 凝胶可分为有机凝胶与无机凝胶两大类 。,有 机 凝 胶 ： 苯 乙 烯 二 乙 烯 苯 共 聚 得到 的 交 联聚 苯 乙烯 凝 胶 。,特点是孔径分 布宽，分离范 围大，适用于 非极性有机溶 剂。三个系列 柱的凝,胶 颗 粒分别 为 5 、 10 和 20um ，分 别 用 于测 定低、 中 和 超高 分 子 量 的高分 子。,有些有机凝胶也适用于水体系，如聚葡萄糖苷，琼脂糖，聚丙烯酰胺。,无机凝胶： 最常用改性多孔硅胶。,主要特点是适 用范围广（包 括极性和非极 性溶剂）、尺 寸稳定性好、 耐压、易更换溶剂、流动阻力小，缺点是吸附现象比聚苯乙烯凝
6、胶严重。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,（二）仪器,1 色 谱 柱,(2) 溶剂,四氢呋喃在室温下能溶解许多高分子，是最常用的 GPC 溶剂。,三氯苯多用于高温下测定，操作温度 135 ，适用于聚乙烯、聚丙烯、,乙 丙 橡 胶 、 丁 苯 橡 胶 、 丁 腈 橡胶 等 。,8,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,（二）仪器和实验技术,2. 浓度检测器,示 差 折 光 和 紫 外 吸 收 检 测 器 是 最 常 用。 还 有 红 外 、 电 导 和 介 电 常 数 等 。,示差折光检测器（ RI ） ：利用溶液与
7、溶剂之间折射率之差来测定浓度的。,优 点 是 ： 通 用 性 强 ， 只 要 溶 质 与 溶 剂 有 折 射 率 差 别 就 可 以 应 用。,紫外吸收检测器（ UV ）： 有较强的选择性，它要求溶剂不能有紫外吸收，比如四氢 呋喃必须完全除掉阻聚剂 2,6 二叔丁基对甲酚后才能使用。测定时，波长常固定在 一个单一值（如 254 nm 或 280 nm ）。有时利用双检测器，通过比较 RI 和 UV,的检测结果，可对组成鉴定提供帮助。,丁苯橡胶型粘合剂的紫外检测的 GPC 图上， 可明显观察到两个 RI 检测不明显的峰，,说明其中含有具有强紫外吸收基团的添加剂。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液
8、相色谱 HPLC,（二）仪器和实验技术,3. 分子量检测器,分子量检测器主要有激光小角光散射检测器和自动粘度检测器两种。,（ 1 ） 激 光 小 角 光 散 射 (LALLS ） 检 测 器 ， 通 过 测 定 散 射 光 强 来 计 算 分 子 量 ，,是测定分子量的绝对方法。,特点：快速精确。激光准直性好而不必进行角度外推（可在 2 o 测定），光强 度大而不必进行浓度外推（可稀释至 10 -4 10 -6 g/ml ），样品池体积小（ 10 l ）而简化了除尘操作，有可能与 GPC 联用。,（ 2 ）自动粘度检测器： 是利用毛细管两端压力降的测定来求得分子量，它,仍是测定分子量的相对方法
9、。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,（三）数据处理,如果 GPC 仪没有连接分子量检测器，则 GPC 谱图的横坐标不是 分子量，而是保留体积 Ve （或时间），纵坐标是浓度检测器讯号 H 。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,（三）数据处理,1. 校准曲线,Ve 与分子量 M 之间有如下线性关系：,首先用一组已知分子量的 单分 散（或 窄分布 ）样 品作标 样，做 出,lgM Ve 校准曲线 , 然后从直线部分得到校准方程。,13,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC（三）数据处理2. 普适校准曲线普适校准曲线首先由 Benoit 于 1967 年
10、 发 现 并 证明。普适校准曲线显示 对于一个非常宽范围内的 高分子结构，当考虑了特 性粘度的信息后，其洗脱 时间都遵循普适校准曲线 的描述。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC（三）数据处理 3. 平均分子量定义法 将谱峰下的 Ve 分成若干等分， 则各点的重量分数 Wi=Hi/ Hi 。,根据分子量的定义：,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（一）高分子和低分子的同时测 定,由于小分子与高分子的流体力学体积相差甚远，因而用 GPC 可同时分析,而不必预先分离。,高分子材料的 GPC 谱图可明显看到三个区域：,A 区为高分子； B 区为添加剂和齐聚物；
11、 C 区为未反应的单体和低分子,量污染物如水等。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（一）高分子和低分子的同时测 定,UV 和 RI 检测结果不同：,UV 结果：说明两种结构都是含芳环的，,而不是脂肪族类增塑剂。,RI 检测结果：综合而全面。,可以对比二者结果进行 定量分析。,DOP 邻苯二甲酸二辛酯 DBP 邻苯二甲酸二丁酯,1. 聚氯乙烯中树脂和增塑剂的同时分析,17,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,18,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（一）高分子和低分子的同时测 定
12、,2. 环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,2. 环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析,高效液相色谱 HPLC 对齐聚物的分离效果比 GPC 好，可分离出聚合度为 20 的组分。 因为吸附性不同，齐聚物先于高分子量树脂被淋洗出来，这点与 GPC 相反。,二、应用,（一）高分子和低分子的同时测 定,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（二）高分子的测定,3. 控制聚合反应终点,用 GPC 对聚合反应进行中间控制分析，在达到预定的单体聚合物比,后 及 时 终 止 反 应 ， 以 节 省 生 产时 间 。,凝胶渗透色谱法 GPC 和
13、高效液相色谱 HPLC,二、应用,（二）高分子的测定,4. 聚合反应过程的控制分析,GPC 可用于跟踪缩聚过程，确定终止聚合的最佳时间。,聚酯：,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（二）高分子的测定,5. 高分子材料老化过程的研究,高分子材料在受到光、热、氧、臭氧和微生物等作用，会产生断链、交联等反应。,用 GPC 可以观察材料的老化过程，研究老化机理。,24,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（三） GPC 和其他技术的联用,GPC 与其他测试技术联用，对其分离出的各组分进一步分析。,1 GPC-IR 或 GPC-NMR 级分的定性鉴别和结
14、构分析,(1) 对 GPC 分离出的级分进行红外光谱检测是常用的方法。,(2) GPC 与 NMR 联用，能给出组成、立体构型等随分子量变化的重要信息 .,末 端 明 确 的 高 分 子 ， NMR 可 直,接测定各级分的分子量，成为分 子量测定的绝对方法。左图中以,t-C 4 H 9 MgBr 为引发剂，本体聚合 得 到 端 基 为 t-C 4 H 9 的 PMMA 。 从 t-C 4 H 9 基与 OCH 3 的峰强度之比可,以 求 得 , 这 种方 法 无 需 用 标 准 聚,合 物 的 工 作 曲 线。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（三） GPC 和其他
15、技术的联用,2 GPC HPLC 对共聚物组成分布和分子量分布的同时分析,共聚物：,分子量的多分散性；组成的多分散性。,HPLC 在 测 定 共 聚 组 成 方 面 有 独 特 的,优势。,将 GPC 与 HPLC 联 用 ， 用 HPLC 对 GPC 分 离 出 的 每 一 级 分 进 一 步 进 行 组 成,分 析， 可以 得到 分子 量分 布和 组成 分布 的 三维谱图。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（三） GPC 和其他技术的联用,3 GPC-MALLS 旋转半径与分子量关系的研究,激光小角光散射（ LALLS ）：可检测绝对分子量，但只测一个角度。,多角度激光光散射（ MALLS ）：在不同角度测定散射光强，就能在已知分子量的情,况下求出均方旋转半径。,用 GPC-MALLS 联用仪：测定旋转半径 分子量的关系。,凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱 HPLC,二、应用,（三） GPC 和其他技术的联用,3 GPC MALLS 旋转半径与分子量关系的研究,
