三检测器凝胶渗透色谱法测定聚丙烯酰胺的分子量及其分布的实验技术研究

102 2020年01月第01期
三检测器凝胶渗透色谱法测定聚丙烯酰胺的分子量及其分布的实验技术研究
蓝丽丹　张奇*
（四川大学高分子研究所　四川　成都　610065）
[摘要]通过凝胶渗透色谱 (GPC)与光散射-示差折光-粘度三检测器的联用，建立了聚丙烯酰胺分子量及其分布的GPC测试方法。

实验结果表明，聚丙烯酰胺的分子量测试值与理论值偏差小于5%，该方法具有良好的准确性和重复性，可用于聚丙烯酰胺的分子量及其分布的日常监测及研究。

[关键词]聚丙烯酰胺；分子量及其分布；凝胶渗透色谱
[中图分类号]O657.7 [文献标识码]A
引言
聚丙烯酰胺（PAM）是一类水溶性高分子聚合物，具有调流变
性、增稠、助絮凝等功能，在造纸、选矿、采油、污水处理和医药等行业均有广泛的应用[1-2]。

不同分子量大小的PAM具有不同的用途，因此，PAM的分子量及其分布信息是研究PAM基础而关键的参数。

目前，测定PAM分子量的方法主要有黏度法、分级法、光散射法和GPC法[3-5]，其中GPC法可同时获得PAM的分子量及其分布信息，成为测定PAM的分子量及其分布的有效手段。

但是，常规的GPC法得到的是PAM相对于某一标准品的相对分子质量，若分析物与标准品的构象差别很大，所得到的结果无法反映真实的分子量及其分布信息。

由于光散射测量不依赖标准品及标准品的分子构象，因此，光散射-示差折光-粘度-GPC的联用，可为PAM的分子量及其分布的测试提供一个理想的平台。

本文采用光散射-示差折光-粘度三检测器GPC，建立了PAM的分子量及其分布的GPC测试方法，该方法具有结果准确，重现性好等优点，可用于PAM的分子量及其分布的测试及研究。

1 实验部分
1.1 实验原料
聚丙烯酰胺 (PAM)：Mn=150000，Sigma-Aldrich；硝酸钠 (NaNO
3
)、无水醋酸钠 (NaAc)：分析纯，购于成都市科隆化学品有限公司；超纯水由超纯水机（millipore，美国）制备。

1.2 主要仪器
光散射-示差-粘度-凝胶渗透色谱仪：Viscotek 270max，马尔文仪器有限公司；色谱柱PL aquagel-OH MIXED-H 8um，7.5×300mm，美国 Showa Denko 公司；柱温：35℃，流速0.7mL/min。

2 结果与讨论
2.1 GPC色谱条件的优化
样品以流动相溶解过夜，经0.22um滤膜过滤后进样分析。

图1为不同流动相下PAM的色谱图。

以纯水为流动相时，由于聚电解质效应，PAM链的构象舒展而导致保留体积减少，同时，色谱峰变形并展宽，分子量分布失实。

在流动相中添加硝酸钠，可以增加抗衡离子的浓度，抑制PAM分子链的伸展，屏蔽其聚电解质效应。

测
试结果表明，以0.2M NaNO
3
为流动相，PAM测试值(155656)与标准值(150000)的偏差小于5%，方法具有较高的准确性。

盐对聚合物的色谱分离有两方面的影响，一方面，增加抗衡离子的浓度，削弱高分子链间相互排斥作用及样品与色谱柱间的作用；另一方面，盐浓度的增加，会使色谱柱压力增加，对仪器的保养及维护产生不良影
响。

图2为不同NaNO
3
浓度下PAM的色谱图，可以看出，在所考察的盐浓度范围内，盐浓度的大小对PAM的色谱行为无明显影响，考虑到盐浓度过高，色谱柱压力大，易损坏色谱柱，实验最终选定0.2M
NaNO
3
为PAM的流动相。

(a) H2O (b) 0.2M NaNO3
图1 不同流动相条件下的PAM色谱图
图2 不同盐浓度下PAM的色谱图
2.2 方法重现性研究
以0.2M NaNO
3
为流动相，对同一样品重复5次测定，如表1所示，测试结果具有良好的重现性。

表1 PAM的GPC测试结果重现性
样品M1M2M3M4M5RSD（%）PAM155656157124154062156081143964 4.18
3 结语
本研究建立了基于光散射-示差折光-粘度-凝胶渗透色谱联用技术的PAM分子量及其分布的GPC测试方法。

在优化的色谱条件下，PAM的分子量测试值与理论值偏差小于5%，重复性测试结果相对标准偏差小于5%。

该方法具有操作简单、结果准确，重现性好等优点，可用于PAM的分子量及其分布的日常监测，为建立详细的高分子制品分子量及其分布与性能之间的关系提供可靠的数据。

参考文献
[1] 张学佳,纪巍,康志军,等.聚丙烯酰胺应用进展[J].化工中间
体,2008(05):34-39.
[2] 张红杰,胡惠仁.超高分子质量聚丙烯酰胺的开发应用[J].中
国造纸,2002(04): 59-62.
[3] 何曼君,张红东,陈维孝,等.高分子物理(第三版)[M].上海:复
旦大学出版社,2007.
[4] 阙庭丽,娄清香,买尔当·吐尔逊.驱油用聚丙烯酰胺分子量分
布的表征和测定方法[J].高分子通报,2014(06):95-100.
[5] 李方方,李先国,法芸,等.凝胶色谱-十八角激光光散射联
用测定聚丙烯酰胺的相对分子质量及其分布[J].化学世界,2016(08): 481-486.
基金项目：四川大学实验技术立项项目(20170165)
作者简介：蓝丽丹（1983.02-），女，广西忻城人，硕士，实验师，主要从事高分子材料合成与表征的研究。

通信作者：张奇（1988.02-），男，四川巴中人，硕士，实验师，主要从事高分子材料加工的研究。