凝胶渗透色谱PPT课件
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第九章凝胶渗透色谱讲解
凝胶色谱分析二〇一一年九月九日第九章凝胶色谱分析凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC），又称尺寸排阻色谱（Size Exclusion Chromatography, SEC），其以有机溶剂为流动相，流经分离介质多孔填料（如多孔硅胶或多孔树脂）而实现物质的分离。
GPC可用于小分子物质和化学性质相同而分子体积不同的高分子同系物等的分离和鉴定。
凝胶渗透色谱是测定高分子材料分子量及其分布的最常用、快速和有效的方法[1]。
凝胶渗透色谱（GPC）的创立历程如下[2,5]：1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子尺寸排除现象；1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水溶液中不同分子量的样品；1964年J. C. Moore将高交联密度聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂用作柱填料，以连续式高灵敏度的示差折光仪，并以体积计量方式作图，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凝胶渗透色谱。
近年来，光散射技术（如图9-1所示，一束光通过一间充满烟雾的房间，会产生光散射现象。
）广泛应用于高分子特征分析领域[3]。
将光散射技术和凝胶渗透色谱（GPC）分离技术相结合，可以测定大分子绝对分子量、分子旋转半径、第二维里系数，也可测定分子量分布、分子形状、分枝率和聚集态等。
目前，该技术在高分子分析领域已成为一种非常有效的工具，在美国，日本及欧洲广为使用，国内近年来亦引进了此项技术。
入射光散射光图9-1光散射现象9.1 基本原理9.1.1凝胶渗透色谱分离原理让被测量的高聚物溶液通过一根内装不同孔径的色谱柱，柱中可供分子通行的路径包括粒子间的间隙（较大）和粒子内的通孔（较小）。
如图9-2、图9-3所示，当待测聚合物溶液流经色谱柱时，较大的分子只能从粒子间的间隙通过，被排除在粒子的小孔之外，速率较快；较小的分子能够进入粒子中的小孔，通过的速率慢得多。
第2章 凝胶渗透色谱
泵系统:包括一个溶剂贮存器、一套脱气装
置和一个高压泵。它的工作是使流动相(溶 剂)以恒定的流速流入色谱柱。泵的工作状 况好坏直接影响着最终数据的准确性。越 是精密的仪器，要求泵的工作状态越稳定。 要求流量的误差应该低于0.01mL／min。 进样系统:凝胶色谱仪都配备有一个阀环和 一个隔膜进样器，对于粘度较大的试样， 常可通过阀环来进样。
填料（根据所使用的溶剂选择填料，对填料最 基本的要求是填料不能被溶剂溶解）：交联 聚苯乙烯凝胶（适用于有机溶剂，可耐高 温）、交联聚乙酸乙烯酯凝胶（最高100℃， 适用于乙醇、丙酮一类极性溶剂）多孔硅球 （适用于水和有机溶剂）、多孔玻璃、多孔 氧化铝（适用于水和有机溶剂） 柱子：玻璃、不锈钢
溶剂： 选用原则： (a)所用的有机溶剂必须很好地溶解试样。 (b)所用的有机溶剂能够很好地将凝胶溶胀(这
提高而提高，例如，抗张强度、冲击强度、 弹性模量、硬度、抗应力开裂、粘合强度随 之提高。为此我们期望聚合物材料有较高的 分子量。另一方面，太高的分子量又给材料 加工造成困难。兼顾到材料的使用性能与加 工性能两方面的要求，高分子的分子量大小 应控制在一定范围之内。
分子量分布的表示方法
⑴分子量分布曲线 图给出两种宽窄不同的聚合物分子量分布示意图，图中 标出各平均分子量的大概位置。
相对分子质量检测器：间接法和直接法。 间接法即体积指示法：由于凝胶色谱法是按 分子尺寸大小来分离的，对给定的色谱柱而 言，一定大小的分子必然在一定体积时淋出， 如果用已知相对分子质量的标准物质标定好 色谱柱，得到一系列的相对分子质量与淋洗 体积的关系，对未知样品只要测得淋洗体积， 用上述的相对分子质量与淋洗体积的关系， 即可求出该试样的相对分子质量。
二十世纪60年代J.C.Moore在总结了前人经验的基 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 了液相色谱中的凝胶渗透色谱技术。 不仅可用于小分子物质的分离和鉴定，而且可以用 来分析化学性质相同分子体积不同的高分子同系物。 (聚合物在分离柱上按分子流体力学体积大小被分离 开）
凝胶渗透色谱GPC课件
混合凝胶柱GPC-80M
19
GPC色谱柱选择
按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系 列
THF、氯仿、 DMF 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
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
2
标样
聚苯乙烯(PS，溶于各种有机溶剂) 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
将公式(2)代入公式(3)和(4)，则：
(5)
(6)
标样的Mw和Mn已知，将Hi,Vi代入，软件自动算出A,B值。
3
GPC分析大致步骤
根据样品的特点选择合适的GPC柱子和标 样，并且确定采用的GPC校正方法
配制标样和样品，用LCsolution进样得到色 谱图
用LCsolution GPC生成校正曲线并计算样 品平均分子量，制作报告
渐进试差法(宽分布标样校正法)
这种方法不需要窄分布样品，其标样可为1~3 个不同相对分子质量的宽分布标样(平均相对
2
分子质量精确测量， Mw和Mn为已知)，采用
窄分布标样校正法
要有5个以上的不同分子量的单分散标样来 制作校正曲线
样品最好与标样是相同的结构。
如果样品与标样结构完全一样，则结果不需再 修正
3
渐进试差法(宽分布标样校正法)
不需要窄分布标样，只需要宽分布标样 标样和样品为同一种物质
标样数量最少可以只有1个 标样的分子量Mw和Mn必须已知 标样校正曲线呈线性
3
渐进试差法(宽分布标样校正法)
在一定条件下，有： (1)
将标样色谱峰分成若干个切片，则： (2)
根据定义，有：
(3)
(4)
用重量分数W对分子量作图的曲线叫做微分分 布曲线；
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GPC色谱柱选择
按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系 列
THF、氯仿、 DMF 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
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
2
标样
聚苯乙烯(PS，溶于各种有机溶剂) 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
将公式(2)代入公式(3)和(4)，则：
(5)
(6)
标样的Mw和Mn已知，将Hi,Vi代入，软件自动算出A,B值。
3
GPC分析大致步骤
根据样品的特点选择合适的GPC柱子和标 样，并且确定采用的GPC校正方法
配制标样和样品，用LCsolution进样得到色 谱图
用LCsolution GPC生成校正曲线并计算样 品平均分子量，制作报告
渐进试差法(宽分布标样校正法)
这种方法不需要窄分布样品，其标样可为1~3 个不同相对分子质量的宽分布标样(平均相对
2
分子质量精确测量， Mw和Mn为已知)，采用
窄分布标样校正法
要有5个以上的不同分子量的单分散标样来 制作校正曲线
样品最好与标样是相同的结构。
如果样品与标样结构完全一样，则结果不需再 修正
3
渐进试差法(宽分布标样校正法)
不需要窄分布标样，只需要宽分布标样 标样和样品为同一种物质
标样数量最少可以只有1个 标样的分子量Mw和Mn必须已知 标样校正曲线呈线性
3
渐进试差法(宽分布标样校正法)
在一定条件下，有： (1)
将标样色谱峰分成若干个切片，则： (2)
根据定义，有：
(3)
(4)
用重量分数W对分子量作图的曲线叫做微分分 布曲线；
第5章 凝胶渗透色谱
•
死Hale Waihona Puke 间•调整保留时间 与固定液用量有
关
• 比保留体积 相对保留值 保留指数
• 色谱过程方程: VR=VM+VR’
•
VR=VM+KVS
•
色谱的保留值与热力学系数联系起来
• 色谱流出曲线方程：——研究色谱峰形
•
塔板理论：高斯分布曲线
•
c 标准偏差：
nc0
2 tR
exp
1 2
n 1
t tR
2
3.2分离机理简介
• 在现在，虽然GPC已经得到了广泛的应用， 但是就连基本的分理机理都处在百花争鸣 的阶段。目前模型机理可分为4大类：
3.2.1平衡排除理论
• 依据色谱方程，认为分离处于平衡时，即溶质在 胶体孔洞内的停滞时间大于它扩散入与扩散出孔 洞所需的时间，分离的过程就既不受扩散控制也 不受扩散影响。
tR / n
c
c0
2
exp
t tR
2 2
2
• 描述色谱峰大小的参数：
•
峰高h h c0
2
• 峰宽Ｗ W 4
• 分离度：描述峰分离情况
R
2
tR2 W1
tR1 W2
•
分离因素：保留值 峰窄
•
• 色谱定性分析－－依据保留值
• 与已知组分的保留值相比
• 与其它分析方法连用 如ＩＲ
• 第5章 凝胶渗透色谱法
•
• 色谱原理 • 流动相:载气 • 固定相:固体吸附剂等
•
图 气相色谱对样品分离过程示意图
• 色谱谱图解析
• 一 谱图表示方法: 横坐标 时间
•
纵坐标 检测器响应信号的大小 色谱图
第八章 凝胶渗透色谱
HEWLET 5972A PACKAR T D Mass Selectiv Detecto e r
1.0 DEG/MI N
HEWLETT PACKARD
5890
Sample
Gas Chromatograph (GC) Mass Spectrometer (MS)
B A C
D A
C
D
B
Separation
立体排斥理论 在色谱柱内加入高分子溶液，用溶剂淋洗时，体系 是处于扩散平衡状态。 聚合物分子在柱内流动过程中，不同大小的分子 程度不同地渗透到柱内有大小孔径分布的载体的孔 洞中去； 大分子能渗透进去的孔洞数目比小分子的少，有 些孔洞即使大小分子都能渗透进去，大分子渗透进 去的深度要浅些，于是分子尺寸大的分子先流出， 分子尺寸小的后流出
组分在固定相中的浓度 cs K 组分在流动相中的浓度 cM
一定温度下,组分的分配系数K越大，出峰越慢；
试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；
某组分的K = 0时,即不被固定相保留,最先流出。
与其他分析仪器联用的定性方法
小型化的台式色质谱联用仪（GC-MS；LC-MS） 色谱-红外光谱仪联用仪； 组分的结构鉴定
（2）制备分离柱 A、干法 B、湿法 C、等密度法 （ 3 ）柱效率和分辨率 A、柱效率；用理论塔板数表示 B、分辨率：表征对于不同分子量的分子的分离能 力。
（4）色谱柱的标定 GPC方法测定聚合物分子量是个相对方法，不能 从实验数据直接得出聚合物的绝对分子量。实验 中只有淋出体积是可以直接测得，要确定聚合物 的分子量及分子量分布就需要有一系列已知分子 量的样品，把这些样品分别注入色谱柱，从谱图 上可得到这一系列已知分子量试样的淋出体积， 这个过程称为色谱柱的标定。
1.0 DEG/MI N
HEWLETT PACKARD
5890
Sample
Gas Chromatograph (GC) Mass Spectrometer (MS)
B A C
D A
C
D
B
Separation
立体排斥理论 在色谱柱内加入高分子溶液，用溶剂淋洗时，体系 是处于扩散平衡状态。 聚合物分子在柱内流动过程中，不同大小的分子 程度不同地渗透到柱内有大小孔径分布的载体的孔 洞中去； 大分子能渗透进去的孔洞数目比小分子的少，有 些孔洞即使大小分子都能渗透进去，大分子渗透进 去的深度要浅些，于是分子尺寸大的分子先流出， 分子尺寸小的后流出
组分在固定相中的浓度 cs K 组分在流动相中的浓度 cM
一定温度下,组分的分配系数K越大，出峰越慢；
试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；
某组分的K = 0时,即不被固定相保留,最先流出。
与其他分析仪器联用的定性方法
小型化的台式色质谱联用仪（GC-MS；LC-MS） 色谱-红外光谱仪联用仪； 组分的结构鉴定
（2）制备分离柱 A、干法 B、湿法 C、等密度法 （ 3 ）柱效率和分辨率 A、柱效率；用理论塔板数表示 B、分辨率：表征对于不同分子量的分子的分离能 力。
（4）色谱柱的标定 GPC方法测定聚合物分子量是个相对方法，不能 从实验数据直接得出聚合物的绝对分子量。实验 中只有淋出体积是可以直接测得，要确定聚合物 的分子量及分子量分布就需要有一系列已知分子 量的样品，把这些样品分别注入色谱柱，从谱图 上可得到这一系列已知分子量试样的淋出体积， 这个过程称为色谱柱的标定。
第5章__凝胶渗透色谱
实验部分
溶剂的选择：
能溶解多种聚合物 不能腐蚀仪器部件 与检测器相匹配
实验部分
• 色谱柱对于多分散聚合物的分离作用是基 于体积排除机理，与分子量没有直接联系。 • 把激光光散射与凝胶色谱仪联用，在得到 浓度谱图的同时，还可得到散射光强对淋 出体积的谱图，从而计算出分子量分布曲 线和整个试样的各种平均分子量。
实验部分
影响因素：
色谱柱、溶剂的选择
色谱柱：
每根色谱柱都有一定的相对分子质量分离范围和 渗透极限，色谱柱有使用的上限和下限。色谱柱的使 用上限是当聚合物最小的分子的尺寸比色谱柱中最大 的凝胶的尺寸还大，这时高聚物进入不了凝胶颗粒孔 径，全部从凝胶颗粒外部流过，这就没有达到分离不 同相对分子质量的高聚物的目的。而且还有堵塞凝胶 孔的可能，影响色谱柱的分离效果，降低其使用寿命。 色谱柱的使用下限就是当聚合物中最大尺寸的分子链 比凝胶孔的最小孔径还要小，这时也没有达到分离不 同相对分子质量的目的。所以在使用凝胶色谱仪测定 相对分子质量时，必须首先选择好与聚合物相对分子 质量范围相配的色谱柱。
• 色谱过程方程: VR=VM+VR’ • VR=VM+KVS • 色谱的保留值与热力学系数联系起来 • 色谱流出曲线方程：——研究色谱峰形 • 塔板理论：高斯分布曲线 2 n c 1 t 0 c e x p n 1 2 tR 2 tR • 标准偏差：
实验部分
GPC仪的组成： 泵系统、（自动）进样系统、凝胶 色谱柱、检测系统和数据采集与处 理系统。
泵系统：
包括一个溶剂储存器、一套脱气装置和 一个高压泵。它的工作是使流动相（溶 剂）以恒定的流速流入色谱柱。泵的工 作状况好坏直接影响着最终数据的准确 性。越是精密的仪器，要求泵的工作状 态越稳定。要求流量的误差应该低于 0.01mL/min。
凝胶渗透色谱PPT课件
校正曲线法 逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的关系。
ID Time (min)
Mw
1
14.797 853000
2
15.559 380000
3
16.239 186000
4
16.888 100000
5
17.476 48000
6
18.032 23700
7
18.495 12200
8
19.005 5800
样品分子量应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。
载体是GPC产生分离作用的关键。
18
第18页/共44页
7.6.1 GPC仪器配置 GPC 仪器对载体的要求： 1. 良好的化学稳定性和热稳定性； 2. 有一定的机械强度； 3. 不易变形; 4. 流动阻力小； 5. 对试样没有吸附作用； 6. 分离范围越大越好（取决于孔径分布)等； 7. 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。
23
第23页/共44页
7.6.3 标样 GPC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，灵敏度不太高，所以试 样的浓度不能配制得太稀。
但另一方面色谱柱的负荷量是有限的，浓度太大易发生“超载”现象。 分子量与样品浓度关系： 低于5千 <1.0%; 5千～2.5万 <0.5%; 2.5万～20万 <0.25%; 20万～200万 <0.1%; 高于200万 <0.05%
为什么要用GPC方法？ 相对分子量分布(多分散性指数)对聚合物的性质有重要影响。经典方法
不能同时测定聚合物的相对分子量及其分布。 凝胶渗透色谱(GPC)的应用改善了测试条件，并提供了可同时测定聚
凝胶渗透色谱
Gel Permeation Chromatography, GPC
凝胶渗透色谱
凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC）是一种色谱技术， 它用高度多孔性的、非离子型的凝胶小球 将溶液中多分散的聚合物逐级分开，配合 分子量检测器使用即可得到分子量分布， 是目前测定分子量分布最广泛应用的方法。
离散型图示法
数量分布图—级分 的数量分数对分子 量作图
离散型分子量数量分布
0.40 0.30
数量分数
质量分布图—级分 的质量分数对分子 量作图
离散型分子量质量分布
0.30 0.20 0.10 0.00
0.20 0.10 0.00
10 20 00 12 20 00 14 60 00 12 00 0 21 00 0 35 00 0 49 00 0 73 00 0
分子量质量微分分布 0.30 0.20 0.10 0.00
0.30 0.20 0.10 0.00
0 0 0 0 0 00 00 00 12 00 21 00 35 00 49 00 73 00 10 20 12 20 14 60
0
0
0
0
0
00
00
12 00
21 00
35 00
49 00
73 00
10 20
分子量
分子量
分布宽度指数
分布宽度指数
Ni M i M n M
2 n 2 i
2
M
n n
2
M
2
n
2 n M i i ini源自2 n M i i
i
n M
i i
i
i
凝胶渗透色谱
凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC）是一种色谱技术， 它用高度多孔性的、非离子型的凝胶小球 将溶液中多分散的聚合物逐级分开，配合 分子量检测器使用即可得到分子量分布， 是目前测定分子量分布最广泛应用的方法。
离散型图示法
数量分布图—级分 的数量分数对分子 量作图
离散型分子量数量分布
0.40 0.30
数量分数
质量分布图—级分 的质量分数对分子 量作图
离散型分子量质量分布
0.30 0.20 0.10 0.00
0.20 0.10 0.00
10 20 00 12 20 00 14 60 00 12 00 0 21 00 0 35 00 0 49 00 0 73 00 0
分子量质量微分分布 0.30 0.20 0.10 0.00
0.30 0.20 0.10 0.00
0 0 0 0 0 00 00 00 12 00 21 00 35 00 49 00 73 00 10 20 12 20 14 60
0
0
0
0
0
00
00
12 00
21 00
35 00
49 00
73 00
10 20
分子量
分子量
分布宽度指数
分布宽度指数
Ni M i M n M
2 n 2 i
2
M
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2
M
2
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2 n M i i ini源自2 n M i i
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凝胶渗透色谱PPT课件
研发历程：
1953年--Wheaton和Bauman-用多孔树脂按分子量大小分离了苷、多元醇和其它非离子物 质，观察到分子尺寸排除现象。
1959年--Porath和Flodin— 用葡聚糖凝胶分离了水溶液中不同分子量的样品。
1962年--J.C.Moore— 将连续式高灵敏度的示差折光仪接在分离柱后，并以体积计 量方式作图，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，创立了凝胶渗透色谱技术。 凝胶渗透色谱 GPC---Gel Permeation Chromatography 也称作体积排斥色谱 SEC---Size Exclusion Chromatography 以溶剂作流动相，流经多孔填料作为分离介质的液相色谱 法。
色谱柱
预热板
加热废液管儿 放空阀
废液 溶剂
溶剂输送系统
典型分离式GPC系统示意图
I Out n
在线脱气
为GPC加热的理由
降低流动相黏度，使得谱柱内部溶剂处于接近理 想的GPC状态（如Polyethylene – Terphthalate m-Cresol + 0.05 m LiBr/100 °C）
16
18
20
– [] ST = VI / RI – H = MST [] ST – Polynomial fit to Log H
22
24
26
28
for each standard for each standard universal calibration curve
“绝对”分子量分布的测定
Log [] = Log K + Log M K 及 可随 M 变化
GPC中的大分子结构形态
1953年--Wheaton和Bauman-用多孔树脂按分子量大小分离了苷、多元醇和其它非离子物 质，观察到分子尺寸排除现象。
1959年--Porath和Flodin— 用葡聚糖凝胶分离了水溶液中不同分子量的样品。
1962年--J.C.Moore— 将连续式高灵敏度的示差折光仪接在分离柱后，并以体积计 量方式作图，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，创立了凝胶渗透色谱技术。 凝胶渗透色谱 GPC---Gel Permeation Chromatography 也称作体积排斥色谱 SEC---Size Exclusion Chromatography 以溶剂作流动相，流经多孔填料作为分离介质的液相色谱 法。
色谱柱
预热板
加热废液管儿 放空阀
废液 溶剂
溶剂输送系统
典型分离式GPC系统示意图
I Out n
在线脱气
为GPC加热的理由
降低流动相黏度，使得谱柱内部溶剂处于接近理 想的GPC状态（如Polyethylene – Terphthalate m-Cresol + 0.05 m LiBr/100 °C）
16
18
20
– [] ST = VI / RI – H = MST [] ST – Polynomial fit to Log H
22
24
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28
for each standard for each standard universal calibration curve
“绝对”分子量分布的测定
Log [] = Log K + Log M K 及 可随 M 变化
GPC中的大分子结构形态
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• 校正曲线的测定方法很多，大致可分为两大类 即直接校正法和间接校正法。
单分散性标样校正法
• 选用一系列与被测样品同类型的不同分子 量的窄分散性（）标样，先用其他方法精 确地测定其平均分子量，然后与被测样品 在同样条件下进行GPC分析。每个窄分布 标样的峰为淋洗体积与其平均分子量相对 应，这样就可做出lgM－V曲线如下图所示。
• 色谱原理 • 流动相:载气 • 固定相:固体吸附剂等
•
图 气相色谱对样品分离过程示意图
• 色谱谱图解析
• 一 谱图表示方法: 横坐标 时间
•
纵坐标 检测器响应信号的大小 色谱图
•
•
• 色谱图的解析: 色谱峰的位置
•
色谱峰的大小和形状
•
色谱峰的分离
• 保留值: 保留时间
•
死时间
•
调整保留时间 与固定液用量有
关
• 比保留体积 相对保留值 保留指数
• 色谱过程方程: VR=VM+VR’
•
VR=VM+KVS
•
色谱的保留值与热力学系数联系起来
• 色谱流出曲线方程：——研究色谱峰形
•
塔板理论：高斯分布曲线
•
c 标准偏差：
2nct0Rexp12n1ttR
2
tR / n
c
c0
2
exp
t tR
2 2
3.凝胶色谱分离机理
凝胶色谱的色谱过程方程
• 凝胶色谱柱是用多孔材料填充的，其分离 能力与填料孔径无关。
• GPC柱的总体积有3部分组成，即填料骨架 体积、填料孔体积及填料颗粒间体积。其 中填料骨架体积对分离不起作用，柱空间 体积主要由后两部分组成。
单分散性标样校正法
• 选用一系列与被测样品同类型的不同分子 量的窄分散性（）标样，先用其他方法精 确地测定其平均分子量，然后与被测样品 在同样条件下进行GPC分析。每个窄分布 标样的峰为淋洗体积与其平均分子量相对 应，这样就可做出lgM－V曲线如下图所示。
• 色谱原理 • 流动相:载气 • 固定相:固体吸附剂等
•
图 气相色谱对样品分离过程示意图
• 色谱谱图解析
• 一 谱图表示方法: 横坐标 时间
•
纵坐标 检测器响应信号的大小 色谱图
•
•
• 色谱图的解析: 色谱峰的位置
•
色谱峰的大小和形状
•
色谱峰的分离
• 保留值: 保留时间
•
死时间
•
调整保留时间 与固定液用量有
关
• 比保留体积 相对保留值 保留指数
• 色谱过程方程: VR=VM+VR’
•
VR=VM+KVS
•
色谱的保留值与热力学系数联系起来
• 色谱流出曲线方程：——研究色谱峰形
•
塔板理论：高斯分布曲线
•
c 标准偏差：
2nct0Rexp12n1ttR
2
tR / n
c
c0
2
exp
t tR
2 2
3.凝胶色谱分离机理
凝胶色谱的色谱过程方程
• 凝胶色谱柱是用多孔材料填充的，其分离 能力与填料孔径无关。
• GPC柱的总体积有3部分组成，即填料骨架 体积、填料孔体积及填料颗粒间体积。其 中填料骨架体积对分离不起作用，柱空间 体积主要由后两部分组成。
凝胶渗透色谱
Waters 515泵
流速范围：0.001-10mL/min 流速精度：0.1%
耐压：6000 i
色谱柱应用：分析柱、微柱
目前最耐用，性能最好的分析型高 压液相色谱泵
7725i手动进样器
• 六通阀式进样器 • 进样环精确控制进样量
Waters 2414 示差检测器
流速范围：0. 1-10mL/min 工作温度：30-55 oC
高分子GPC色谱图
600.00
Intensity (mV)
450.00 300.00 150.00 0.00 14.00 16.00
P800 P400 P200 (a) (b)
18.00
P100 P50
20.00
P20 P10
22.00
P5
24.00
Time (min)
14.00
16.00
18.00
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
普适校正原理
GPC对聚合物的分离是基于分子 流体力学体积。
两种柔性链的流体力学体积相同：
[η]1M1=[η]2M2 k1M1α1+1=k1M2α2+1 两边取对数： lgk1+(α1+1)lgM1=lgk2+(α2+1)lgM2
即如果已知标准样和被测高聚物 的k、α值，就可以由已知相对分子质 量的标准样品M1标定待测样品的相对 分子质量M2。
������
������ ������
G=[(Mw,GPC/Mn,GPC)/(Mw/Mn)true]1/2
校正后的Mn=Mn,GPC×G Mw=Mw,GPC/G
G值一般为1.1~1.8，经校正后的d值明显变小。
GPC(共32张)
• 示差折光检测器/黏度检测器 •示差折光检测器/光散射检测器/黏度检测器
浓度检测器 相对分子质量检测器
第17页，共32页。
GPC系统(xìtǒng)之温度控制
Mobile phase pump
auto-injector column(s) detector(s) data acquisition Temperature control
求量更小、检测器更灵敏）; • HPLC的新技术不断地运用到GPC领域中
第5页，共32页。
从HPLC到GPC
高效(ɡāo xiào)液相色谱（High Performance Liquid Chromatography， HPLC）
以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂，或不同比例的混合溶剂、缓冲 液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对 试样的分析。
第10页，共32页。
GPC系统工作(gōngzuò)原理
第11页，共32页。
GPC系统工作(gōngzuò)原理
第12页，共32页。
GPC系统(xìtǒng)之流动相
Mobile phase pump
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 ）
第18页，共32页。
GPC数据处理
典型(diǎnxíng)的GPC谱图
横坐标代表色谱保留值（与相对
单
分子质量对数值lgM成比例），即样
第6页，共32页。
从HPLC到GPC
高效液相色谱（HPLC）分类（按照(ànzhào)分离机理不同）
浓度检测器 相对分子质量检测器
第17页，共32页。
GPC系统(xìtǒng)之温度控制
Mobile phase pump
auto-injector column(s) detector(s) data acquisition Temperature control
求量更小、检测器更灵敏）; • HPLC的新技术不断地运用到GPC领域中
第5页，共32页。
从HPLC到GPC
高效(ɡāo xiào)液相色谱（High Performance Liquid Chromatography， HPLC）
以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂，或不同比例的混合溶剂、缓冲 液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对 试样的分析。
第10页，共32页。
GPC系统工作(gōngzuò)原理
第11页，共32页。
GPC系统工作(gōngzuò)原理
第12页，共32页。
GPC系统(xìtǒng)之流动相
Mobile phase pump
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 ）
第18页，共32页。
GPC数据处理
典型(diǎnxíng)的GPC谱图
横坐标代表色谱保留值（与相对
单
分子质量对数值lgM成比例），即样
第6页，共32页。
从HPLC到GPC
高效液相色谱（HPLC）分类（按照(ànzhào)分离机理不同）
凝胶色谱法PPT课件
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泵系统：
包括一个溶剂储存器、一套脱气装置和 一个高压泵。它的工作是使流动相（溶 剂）以恒定的流速流入色谱柱。泵的工 作状况好坏直接影响着最终数据的准确 性。越是精密的仪器，要求泵的工作状 态越稳定。要求流量的误差应该低于 0.01mL/min。
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12
色谱柱：
GPC仪分离的核心部件。是在一根不锈钢空心 细管中加入孔径不同的微粒作为填料。
聚合物在分离柱上按分子流体力学体积大小被分离开基本原理基本原理分离原理流动分离分离原理体积排除色谱secsizeexclusionchromatography让被测量的高聚物溶液通过一根内装不同孔径的色谱柱柱中可供分子通行的路径有粒子间的间隙较大和粒子内的通孔较小
凝胶渗透色谱法
Gel Permeation Chromatography (GPC)
[η]1M1=[η]2M2 k1M1α1+1=k1M2α2+1 两边取对数：lgk1+(α1+1)lgM1=lgk2+(α2+1)lgM2 即如果已知标准样和被测高聚物的k、α值，就可 以由已知相对分子质量的标准样品M1标定待测样品的 相对分子质量M2。
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实验部分
GPC仪的组成：
泵系统、（自动）进样系统、凝 胶色谱柱、检测系统和数据采集 与处理系统。
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7
校正原理
用已知相对分子质量的单分散标准聚合物 预先做一条淋洗体积或淋洗时间和相对分子质 量对应关系曲线，该线称为“校正曲线”。聚 合物中几乎找不到单分散的标准样，一般用窄 分布的试样代替。在相同的测试条件下，做一 系列的GPC标准谱图，对应不同相对分子质量 样品的保留时间，以lgM对t作图，所得曲线即 为“校正曲线”。通过校正曲线，就能从GPC 谱图上计算各种所需相对分子质量与相对分子 质量分布的信息。
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柱温箱
色谱柱
预热板
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加热废液管儿 放空阀
废液 溶剂
溶剂输送系统
典型分离式GPC系统示意图
I Out n
在线脱气
.
为GPC加热的理由
降低流动相黏度，使得谱柱内部溶剂处于接近理 想的GPC状态（如Polyethylene – Terphthalate m-Cresol + 0.05 m LiBr/100 °C）
用GPC测得的分子量分布可以计算出各种不同 种平均分子量，可对应于其他仪器所测的值。
.
4. 存在问题及解决办法
标样与待测样品不同种类
▪以同类聚合物的标准样品可绘制出标准曲线，给
出淋出体积与分子量的关系。
▪不同种类的聚合物，在溶剂中受到的作用不同，
所以即使相同的分子量也会有不同的溶剂化体积
▪ 采用标样的校正曲线，只能得到与标样分子溶剂
.
2 凝胶渗透色谱的原理
➢ 以多孔树脂为固定相
➢用溶剂推动聚合物样品流过固定相 ➢产生大小分子顺序流出的分离
Vg载体骨架体积
Vi载体孔洞体积
淋出体积 Ve=V0+KVi
V
V0和Vg对分离没有贡献，应尽量减小，Vi越大分离效果越好
.
凝胶渗透色谱柱是如何工作的
.
流出级份的保留时间（洗脱体积） 提供其分子量（尺寸）的信息。 从检测器信号强度得到各流出级分 的浓度。
.
Waters G2000高温凝胶色谱仪
.
多检测器集成的 GPC 系统
紫外检测器（浓度型） 粘度检测器（分子量型） 多角激光光散射检测器（分子量型） 红外接口（特征基团型为测量短链支化）
聚合物的分子结构
PD = Mw / Mn
.
分子量分布
增加浓度
增加分子量
.
聚合物的各种平均分子量
Mn：用渗析计测出(Osmometry) Mw：用光散射计测出(Light Scattering) Mv：用粘度计测出(Viscometry) Mz及Mz+1：用超速离心法测出(Ultracentrifuge) Mw/Mn：为多分散性(Polydispersity) Mn<Mv<Mw<Mz<Mz+1
用已知分子量的标样标定出流出 时间和分子量的关系， 再对未知样各流出级份的时间（ 分子量）和强度进行统计计算得 到分子量分布。
聚合物在色谱柱中的分离是基于分子 在溶剂中表现出的体积而不是分子量
由示差检测器连续记录 流出样品的浓度
溶剂化体积
.
3. 凝胶渗透色谱仪
示差折光检测器恒温区
S R
缓冲柱
进样阀
16.0
17.0
18.0
19.0
20.0
21.0
22.0
23.0
24.0
25.0
Minutes
Sample PE-150C-2h Sample PE-150C-4h Sample PE-160C-2h Sample PE-160C-4h Sample PE-170C-2h Sample PE-170C-4h
尽量减轻分子间的弱相互作用（样品分子间、样 品和溶剂分子间、填料和样品分子间等）
使难于溶解的样品得以溶解（如聚烯烃PE\PP、 工程塑料PPS等）
使GPC检测处在一个温度稳定的环境
.
废液管 废 液
检测器3
检测器2
检测器1
连接管
柱温箱
进样阀
GPC色谱柱
一体化温控区的示意图
在同一个温控区集成了进样阀、色谱柱、检测器，保证温度 的一致性和稳定性
.
研发历程：
➢ 1953年--Wheaton和Bauman-用多孔树脂按分子量大小分离了苷、多元醇和其它非离子物 质，观察到分子尺寸排除现象。
➢ 1959年--Porath和Flodin— 用葡聚糖凝胶分离了水溶液中不同分子量的样品。
➢ 1962年--J.C.Moore— 将连续式高灵敏度的示差折光仪接在分离柱后，并以体积计 量方式作图，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，创立了凝胶渗透色谱技术。 凝胶渗透色谱 GPC---Gel Permeation Chromatography 也称作体积排斥色谱 SEC---Size Exclusion Chromatography 以溶剂作流动相，流经多孔填料作为分离介质的液相色 谱法。
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样品制备的影响
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固态 (半结晶) 液态 (稀溶液)
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样品制备的影响
用淋洗液制样，使聚合物在分析的整个过程 中处于稳定状态，并且使溶剂峰最小
溶解必须使聚合物链打开成最放松的状态 允许充分的时间让链展开
有些聚合物需要大于3小时
分子量及结晶度愈大，所需真正溶解的时间 就俞多
某些结晶的聚合物需要加热
化体积相同的相对分子量
.
讨论： 请给出你的解决办法
.
5. 对测试结果产生影响的因素
输液系统 样品制备 进样系统 柱温变化 色谱柱结构与性能 检测器的影响 流动相的种类
溶剂输送系统
高流速精度是获得重现性 GPC结果的基础
微小的流速误差会导致分子 量计算的很大误差
使用参考峰(Flow Markers) 的技术可校正流速误差
.
样品制备的影响
样品浓度与分子量相关（分子量越大，浓度越低） 除非该样品可能会有剪切效应发生，聚合物溶液必
须过滤 为了增加样品的溶解，可轻微扰动（不要剧烈摇动
或用超声） 窄分布标样不必过滤，高分子量标样也不要剧烈摇
动 可使用在线过滤器，但是不推荐使用保护柱
.
样品制备的影响
150 C
170 C
.
进样系统的影响
40 瓶位样品盘 2ml 玻璃瓶卷边压紧铝瓶盖 优先进样的样品缓慢搅拌 双温区设计是降解风险降至最低
热区
进样点
温区
进样点
200
温度 (C)
自动进样器
100
50
-20
-10
Carousel Motion
0
瓶位
10
20
Agitated
.
柱温对分辨率影响
Column :
Eluent : Flow rate :
.
实验室温度波动对RI检测器基线的影响
Temp.(Deg C)
MV
20.0
19.5
19.0
Room Temperature
18.5
2.00
RI Baseline
1.00
0.00
-1.00
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Minutes
Mobil Phase – Methanol @ 0.25/mL minute Detector Temp 35 C No Column Heater Used