凝胶渗透色谱

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
LOGO
色谱柱:
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。
LOGO
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
由于小分子和高分子的流体力学体积相差较大,因而 GPC可以同时分析而不必进行预先分离。
一般来说从高分子材料的GPC可以同时看到三个区域: A:高分子;B:添加剂和齐聚物;C:未反应的单体和 低分子的污染物,如水。
LOGO
(1) 环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析 普通双酚A型环氧树脂有很宽的分子量范围 (高,中,
8
19.005
4.0 5800
常用线性拟合或者三次方拟合
15.0
2
3 4
5
6 7
8
16.0
17.0
18.0
min
LOGO
GPC校正方法
窄分布标样校正法
选用与被测样品同类型的单分散性(d≤1.1)标样,先用其他方 法精确测定其平均相对分子质量,然后与被测样品在同样的条 件下进行GPC分析。
普适校正法
低、中和高分子量双酚A型环氧树脂的GPC谱图
三种不同分子量的GPC谱图如图所示,图上数字代表不同
的聚合度n,树脂和齐聚物的峰形特征可用作指纹图,以区别不
同厂家和批号的产品。
LOGO
(2) 高分子材料中小分子的定性鉴别 和其他色谱方法一样,GPC也可以用保留体积来鉴
别或分离后用IR等方法鉴定中小分子物质。 如果能预测某未知峰属于某种化合物,则将该化合
●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。
LOGO
应用GPC峰高法计算平均分子量
Hi: 峰高 Mi:分子量
LOGO
三、GPC仪器配置
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。
愈高。 LOGO
GPC载体的种类: 1. 交联聚苯乙烯凝胶; 2. 多孔性玻璃; 3. 半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯酰胺凝胶; 4. 木质素凝胶等。
LOGO
检测系统:
通用型检测器:适用于所有高聚物和有机化合物的检测。有示 差折光仪检测器、紫外吸收检测器、粘度检测器。 ◇示差折光仪检测器:溶剂的折光指数与被测样品的折光指数有 尽可能大的区别。 ◇紫外吸收检测器:在溶质的特征吸波长附近溶剂没有强烈的吸 收。 ◇选择型检测器:适用于对该检测器有特殊响应的高聚物和有机 化合物。有紫外、红外、荧光、电导检测器等。
这种解释不考虑溶质与载体之间的吸附效应 以及在流动相和固定相之间的分配效应。
淋出体积仅仅由溶质分子尺寸和载体的孔尺 寸决定,分离完全是由于体积排除效应所致,故 称为体积排除机理。
GPC柱
LOGO
分子量校正曲线(Log M-V曲线)
由凝胶色谱图计算样品的分子量分布的关键是把凝胶色
谱曲线中的淋洗体积V转化成分子量M,这种分子量的对数
此法的优点是只要用一种高聚物(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α值必须己知。
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 子为质已量知的)宽,分采布用标数样学(处平理均方相法对得分到子渐质进量试精差确法测的量校,正曲Mw线和。Mn
LOGO
五、凝胶渗透色谱的应用
1、凝胶渗透色谱法测定聚氨酯树脂的平均相对分子质量
a. 流动相:DMF,流速为1.0ml/min 进样量:100μL;柱温: 50℃。
b. 标准工作曲线的绘制 取重均相对分子质量为3.21×10 ~3.05×10的5种Ps标准样品, 用DMF配制成系列浓度的标准溶液,然后用0.45μm滤膜过滤, 取滤液测试,求得Ps的标准工作曲线线性方程。
LOGO
主要特点:操作简便快捷、进样量小; 数据可靠且重现性好、自动化程度高等。
应用领域: 聚合物分子量及其分布 聚合物的支化度的测定 聚合物分级及其结构分析 高聚物中微量添加剂的分析 测定高聚物的绝对分子量
LOGO
二、基本原理
凝胶渗透色谱是一种液相色谱,原理是利 用高分子溶液通过一根装填有凝胶的柱子, 在柱中按分子大小进行分离。
需要GPC软件才可计算Mw
LOGO
Waters 1515型凝胶渗透色谱仪
LOGO
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。
LOGO
注意事项:
◆由于凝胶色谱中浓度检测通常使用示差折光检测器,其 灵敏度不太高,所以试样的浓度不能配置得太稀。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。 ◆一般情况下,进样浓度按分子质量大小的不同在0.05~ 0.5%(质量分数)范围内配置。分子质量越大,溶液浓度越 低。 ◆标样配制应该严格按照标样说明书进行。通常室温静置 12小时以上,然后轻轻混匀。绝对不能超声或者剧烈振荡 来加速溶解。 ◆溶液进样前应先经过过滤,以防止固体颗粒进入色谱柱 内,引起柱内堵塞,损坏色谱柱。
LOGO
四、实验部分
直接法:
◆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。
◆把GPC仪与光散射仪连用,由光散射仪连续测定聚合 物样品中各个级分的相对分子质量,由GPC仪中的浓 度示差检测器检测各个级分的浓度,就可以得到聚合 物的各种平均相对分子质量。
LOGO
进样浓度范围及体积:
分子量范围 样品浓度: 低于5,000 <1.0% 5,000~25,000 <0.5% 25,000~200,000 <0.25% 200,000~2,000,000 <0.1% 高于2,000,000 <0.05%
进样体积: 50-100uL之间(浓度在0.05%-0.5%之间)
凝胶渗透色谱法 GPC
贾庆岩 2013-5-3
一、绪论
体积排阻色谱法定义及分类
体积排阻色谱法(SEC):利用多孔凝胶固定相的独特特 性而产生的一种主要依据分子尺寸大小进行分离的方法。
●凝胶渗透色谱 (GPC: Gel permeation chromatography)
主要用于聚合物领域
以有机溶剂为流动相(氯仿,THF,DMF)
常用固定相填料:苯乙烯-二乙烯基苯共聚物
●凝胶过滤色谱 (GFC: Gel filtration chromatography)
主要用于生命科学领域
以水溶液为流动相
常用固定相填料:亲水性有机凝胶(葡聚糖, 琼脂糖,聚丙烯酰
胺等)
LOGO
凝胶渗透色谱法(GPC)是一种新型的液相色谱。 1964年由J. C. Moore首先研究成功
LOGO
LOGO
c. 样品测定 将聚氨酯树脂样品溶于DMF中,配制成2.00mg/mL的样品溶 液,测定并绘制色谱图,求得样品的平均相对分子质量。
样品的保留时间值带入标准曲线 线性方程,计算出样品的重均相 对分子质量为8.10×105 ; 样品的数均相对分子质量为 3.00×105 。
LOGO
2、 高分子与低分子同时测定
经不同时间塑炼后的丁苯胶的GPC谱图
员确定塑炼时间。
塑炼时间为:0:0min;1:4min;2:5min;3: 25min;4:120min;5:180min
LOGO
(2) 控制聚合反应的终点
用GPC对聚合物进行中 间反应分析,使生产人员 能在达到预定的单体/聚 合物比后即时终止反应。
用GPC对聚合终点控制分析的示意图
较小的分子除了能进入大的孔外,还能进入较小的孔;较大分子 则只能进入较大的孔;而比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。
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,较小的分子较晚被淋洗出来。
样品
填充物颗粒


孔穴

LOGO
溶质分子的体积越小,其淋出体积越大。
LOGO
间接法分析大致步骤:
(1) 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; (2) 配制标样和样品,用进样器进样得到色谱图; (3) 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,制作报告。
LOGO
常见的标样:
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)
LOGO
校正曲线
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
MW
1
14.797
853000
log(M.W.) 6.0 1
2
15.559
380000
5.5
3
16.239
186000
4
16.888
100000
5.0
5
17.476
48000
6
18.032
23700
4.5
7
18.495
12200
LOGO
间接法:
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”。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 lg M 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。
(J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1964, 2(2): 835-843) 以苯乙烯和二乙烯基苯在不同的稀释剂存在下制成了
一系列孔径不同的凝胶,可以在有机溶剂中分离分子量从 几千到几百万的试样;
第二年Maly用示差折光仪为浓度检测器,以体积指示 器为分子量检测器制成凝胶色谱仪,从而创立了液相色谱 中的凝胶渗透色谱技术。
—— 反应开始时全部是单体;
反应进行一半,
部分单体部分聚合物; 反应终点,大部分是聚合
物,单体/聚合物比为0.15
LOGO
4、 高分子材料老化过程研究
可以研究高分子材料在使用过程中的老化,研究老化 机理。以高密度聚乙烯HDPE为例,必须加适量抗氧剂以提 高耐候性。
物加入该试样中,比较前后的谱图变化,如果未知峰强 化,则很可能就是该物质。
LOGO
用强化法鉴别高分子材料中的小分子化合物的示意图 LOGO
3、 在高分子材料生产过程中的检测
(1) 丁苯橡胶在塑炼时分子量分布的 变化
在塑炼过程中定时取样分析,结果如图。 随时间的增加,高分子量组分裂解增加, GPC曲线向低分子量方向移动,经过25min以 后,高分子量组分几乎完全消失。 如果塑炼的目的就是消除该组分,那么 25min足够了。通过GPC数据可以帮助工作人
低)。GPC能快速可靠地鉴别不同类型环氧树脂的分子 量特性。
LOGO
色谱条件:
四根微粒凝胶柱(7.7mm 250mm),孔径分别为5、 10、50和100nm,颗粒直径 10m;280nm下UV检测; 流动相为四氢呋喃,流速 1mL/min;柱温为50℃;样 品量为10L 0.2%~0.5%溶液
值与淋洗体积之间的关系曲线(Log M-V)称之为分子量校
正曲线
MW与V之间的关系
GPC 理想 校正 曲线
LOGO
●排阻极限
排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子的分 子量。所有大于排阻极限的分子都不能进入凝胶颗粒内部,直 接从凝胶颗粒外流出,所以它们同时被最先洗脱出来。排阻极 限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量,大于这种凝胶的排 阻极限的分子用这种凝胶不能得到分离。随固定相不同,排阻 极限范围约在400至60×106之间。
柱子为玻璃柱或金属柱,内填装有交联度 很高的球形凝胶。其中的凝胶类型有很多, 都是根据具体的要求而确定(常用的有聚苯乙 烯凝胶)。然而无论哪一种填料,他们都有一 个共同点,就是球形凝胶本身都有很多按一 定分布的大小不同的孔洞。
源自文库
LOGO
当被分析的试样随着淋洗溶剂进入柱子后,溶质分子即向填料内部孔 洞扩散。
相关文档
最新文档