GPC凝膠色譜實(shí)驗(yàn)步驟

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1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握PL—120型號(hào)凝膠滲透色譜（gelpermeationchromatography，GPC）的工作原理。2.掌握凝膠滲透色譜儀的基本操作及數(shù)據(jù)處理方法。3.利用凝膠滲透色譜儀測(cè)定聚合物的分子量及其分布。二、基本原理：分子量的多分散性是高聚物的基本特征之一。聚合物的性能與其分子量和分子量分布密切相關(guān)。凝膠滲透色譜（gelpermeationchromatography，GPC）是液相色譜的一個(gè)分支，已成為測(cè)定聚合物分子量分布和結(jié)構(gòu)的最有效手段。其還可測(cè)定聚合物的支化度，共聚物及共混物的組成。采用制備型的色譜儀，可將聚

2、合物按分子量的大小分級(jí)，制備窄分布試樣，供進(jìn)一步分析和測(cè)定其結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：快捷、簡(jiǎn)便、重視性好、進(jìn)樣量少、自動(dòng)化程度高。凝膠色譜的分離機(jī)理眾說(shuō)不一，有體積排除、限制擴(kuò)散、與流動(dòng)分離等各種解釋。實(shí)驗(yàn)證明，體積排除的分離機(jī)理起主要作用。因此，這一技術(shù)又被賦予另一個(gè)名稱：體積排除色譜（sizeexclusionchromatography，SEC）、圖1.GPC分離過(guò)程示意圖圓球表示顆粒；黑點(diǎn)表示溶質(zhì)分子在凝膠色譜中會(huì)有三種情況，一是分子很小，能進(jìn)入分子篩全部的內(nèi)孔隙；二是分子很大，完全不能進(jìn)入凝膠的任何內(nèi)孔隙；三是分子大小適中，能進(jìn)入

3、凝膠的內(nèi)孔隙中孔徑大小相應(yīng)的部分。大、中、小三類分子彼此間較易分開，但每種凝膠分離范圍之外的分子，在不改變凝膠種類的情況下是很難分離的。對(duì)于分子大小不同，但同屬于凝膠分離范圍內(nèi)各種分子，在凝膠床中的分布情況是不同的：分子較大的只能進(jìn)入孔徑較大的那一部分凝膠孔隙內(nèi)，而分子較小的可進(jìn)入較多的凝膠顆粒內(nèi)，這樣分子較大的在凝膠床內(nèi)移動(dòng)距離較短，分子較小的移動(dòng)距離較長(zhǎng)。于是分子較大的先通過(guò)凝膠床而分子較小的后通過(guò)凝膠床，這樣就利用分子篩可將分子量不同的物質(zhì)分離。另外，凝膠本身具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大的分子在通過(guò)這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的孔隙時(shí)阻力較大，小分子通過(guò)

4、時(shí)阻力較小。分子量大小不同的多種成份在通過(guò)凝膠床時(shí)，按照分子量大小排隊(duì)，凝膠表現(xiàn)分子篩效應(yīng)。GPC色譜柱裝填的是多孔性凝膠（如最常用的高度交聯(lián)聚苯乙烯凝膠）或多孔微球（如多孔硅膠和多孔玻璃球），它們的孔徑大小有一定的分布，并與待分離的聚合物分子尺寸可相比擬。GPC儀工作流程圖如2圖所示。圖2.GPC儀工作流程圖色譜柱總體積為Vt，載體骨架體積為Vg，載體中孔洞總體積為Vi，載體粒間體積為V0，則Vt＝Vg＋V0＋ViV0和Vi之和構(gòu)成柱內(nèi)的空間。溶劑分子體積遠(yuǎn)小于孔的尺寸，在柱內(nèi)的整個(gè)空間（V0＋Vi）活動(dòng)；高分子的體積若比孔的尺寸大，載

5、體中任何孔均不能進(jìn)入，只能在載體粒間流過(guò)，其淋出體積是V0；高分子的體積若足夠小，如同溶劑分子尺寸，所有的載體孔均可以進(jìn)出，其淋出體積為（V0＋Vi）；高分子的體積是中等大小的尺寸，它只能在載體孔Vi的一部分孔中進(jìn)出，其淋出體積Ve為Ve＝V0＋KViK為分配系數(shù)，其數(shù)值0≤K≤l，與聚合物分子尺寸大小和在填料孔內(nèi)、外的濃度比有關(guān)。當(dāng)聚合物分子完全排除時(shí)，K＝0；在完全滲透時(shí)，K＝1（見圖4-3）。當(dāng)K＝0時(shí)，Ve＝V0；此處所對(duì)應(yīng)的聚合物分子量是該色譜柱的滲透極限（PL），商品GPC儀器的PL常用聚苯乙烯的分子量表示。聚合物分子量超過(guò)P

6、L值時(shí)，只能在V0以前被淋洗出來(lái)，沒(méi)有分離效果。V0和Vg對(duì)分離作用沒(méi)有貢獻(xiàn)，應(yīng)設(shè)法減?。籚i是分離的基礎(chǔ)，其值越大柱子分離效果越好。制備孔容大，能承受壓力，粒度小，又分布均勻，外形規(guī)則（球形）的多孔載體，讓其盡可能緊密裝填以提高分離能力。柱效的高低，常采用理論塔板數(shù)N和分離度R來(lái)作定性的描述。測(cè)定N的方法可以用小分子物質(zhì)作出色譜圖，從圖上求得流出體積Ve和峰寬W，以下式計(jì)算N值：N＝（4Ve／W）2，N值越大，意味著柱子的效率越高?！發(fā)”、“2”代表分子量不同的兩種標(biāo)準(zhǔn)樣品，Ve,1、Ve,2、W1，W2為其淋出體積和峰寬，分離度R的計(jì)

7、算為2?VVee,2?,1?R?，若R≥1，則完全分離。WW?12上面闡述的GPC分離機(jī)理只有在流速很低，溶劑粘度很小，沒(méi)有吸附，擴(kuò)散處于平衡的特殊條件下成立，否則會(huì)得出不合理的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)測(cè)定聚合物GPC譜圖，所得各個(gè)級(jí)份的分子量測(cè)定，有直接法和間接法。直接法是指GPC儀和粘度計(jì)或光散射儀聯(lián)用；而最常用的間接法則用一系列分子量已知的單分散的（分子量比較均一）標(biāo)準(zhǔn)樣品，求得其各自的淋出體積Ve，作出logM對(duì)Ve校正曲線（圖4-3）。logM＝A－BVe-----------------------------------------（1）

8、當(dāng)logM＞logMa時(shí)，曲線與縱軸平行，表明此時(shí)的流出體積（V0）和樣品的分子量是無(wú)關(guān)，V0即為柱中填料的粒間體積，Ma就是這種填料的滲透極限。當(dāng)logM＜logMa時(shí)，Ve對(duì)M的依賴變得非