第5章 凝胶渗透色谱
凝胶渗透色谱基本原理
凝胶渗透色谱基本原理凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）是一种基于溶液中大分子与载液中小分子的渗透度差异而进行分离的分析技术。
它广泛应用于高分子聚合物、蛋白质等大分子化合物的分析与表征。
GPC的基本原理包括凝胶填充、渗透分离、载液选择和检测方法。
凝胶填充是GPC的核心部分，它通过使用交联的高分子凝胶填充色谱柱，形成一种三维网络结构。
高分子凝胶通常是由交联剂与单体共聚合而成，具有一定的孔隙大小和分布。
这些孔隙可以形成载液在凝胶内部流动的通道。
在渗透分离实验中，样品溶液会进入凝胶网络中，而较小的分子则可以进入凝胶内部的较小孔隙，而较大的分子则只能在凝胶表面流动。
这种分离方式使得分子能够根据其尺寸在凝胶柱中进行分散。
在凝胶柱中进行渗透分离过程中，载液的选择非常重要。
载液的主要作用是溶解样品，提供样品在凝胶中流动的驱动力。
一般来说，选择合适的溶剂和添加剂可以使样品达到最佳的分离效果。
常用的溶解样品的载液包括有机溶剂（如氯仿、二氯甲烷）、水溶液（如甲醇、乙醇）以及它们的混合物。
为了提高泡沫的抑制效果，常常在载液中加入一些表面活性剂。
在GPC分离过程中，选择合适的检测方法对于获得准确的结果也是至关重要的。
常见的检测方法包括光散射、粘度检测和折光率检测。
其中，光散射检测器可以用于检测溶液中分子的平均分子质量和聚合度。
粘度检测器可以通过测量溶液的粘度来间接反映分子的平均分子质量。
折光率检测器则可以利用溶液中分子引起的折射率变化来获取分子的平均分子质量。
基于以上原理，凝胶渗透色谱可以通过测量不同分子的渗透时间或体积流动速率来分析样品。
利用已知分子尺寸的标准物质构建标准曲线，再将未知样品与标准物质进行比较，就可以推测出未知样品的分子尺寸和分布情况。
此外，在GCP分析中，还可以计算分子的流体动力学半径、平均分子质量等重要参数。
综上所述，凝胶渗透色谱是一种基于溶液中大分子与载液中小分子的渗透度差异而进行分离的分析技术。
凝胶渗透色谱(GPC)
凝胶渗透色谱（GPC）1. 简介凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC）是一种常用的分离和分析高分子化合物的方法。
该技术基于样品中高分子与凝胶基质之间的相互作用特性进行分离，并通过检测其分子量进行定性和定量分析。
2. 原理GPC的原理基于高分子在溶剂中形成的动态螺旋结构。
在这个多孔的凝胶基质中，高分子可以通过不同的速度渗透进入孔隙中，较大分子量的高分子会更难进入孔隙，而较小分子量的高分子则相对容易进入。
因此，在GPC中，高分子化合物会根据其分子量的大小在凝胶柱中得到分离，从而实现对样品的分析。
3. 实验操作3.1 样品制备：将待分析的高分子化合物溶解在合适的溶剂中，得到样品溶液。
确保样品溶液中没有明显的悬浮物或杂质。
3.2 柱装填：将凝胶柱装入色谱柱座，并根据柱座的要求进行调整和固定。
3.3 校准：使用一系列已知分子量的标准品进行校准。
将标准品溶液以一定流速注入凝胶柱中，记录各标准品的保留时间。
3.4 样品进样：使用自动进样器或手动进样器将样品溶液以适当流速注入凝胶柱中。
3.5 分离：样品在凝胶柱中进行凝胶渗透分离，不同分子量的高分子以不同的速度通过凝胶基质，完成分离。
3.6 检测：通过不同的检测器检测凝胶柱中流出的样品，常用的检测器包括紫外-可见光谱检测器、折光率检测器等。
3.7 数据处理：根据标准品的保留时间和已知分子量，结合样品的保留时间，计算出样品的分子量。
4. 应用领域GPC广泛应用于高分子化合物的分析和研究领域。
主要应用包括但不限于以下几个方面：•分析聚合物的分子量分布：通过GPC可以获得聚合物样品的分子量分布情况，了解样品中分子量大小的范围和占比，有助于进一步研究和应用。
•聚合物纯度分析：GPC可以用于判断聚合物样品的纯度，通过检测样品中的低分子量杂质，评估样品的纯净度。
•聚合物杂质分析：GPC可以用于分析聚合物样品中的杂质物质，如副产物、残留单体等。
凝胶渗透色谱 聚苯胺
凝胶渗透色谱聚苯胺凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC）是一种分离和分析高分子化合物的有力工具。
聚苯胺（Polyaniline）是一种导电聚合物，由于其独特的电学性质和化学反应性，被广泛应用于电池、传感器、催化剂等领域。
下面就以聚苯胺为例，介绍凝胶渗透色谱的应用。
一、凝胶渗透色谱法测定聚苯胺的分子量采用凝胶渗透色谱法可以测定聚苯胺的分子量及分子量分布。
实验步骤如下：1.准备试剂和仪器：选择合适的凝胶色谱柱，如Sephadex G-100、G-25等，准备好洗脱液（如0.05 M磷酸盐缓冲液），检测器（如UV-Vis），柱后反应器，输液泵等。
2.安装色谱柱：将凝胶色谱柱安装在支架上，确保柱身垂直。
3.装填凝胶：将所选凝胶均匀地装填在色谱柱内，注意避免气泡。
4.平衡色谱柱：用洗脱液平衡色谱柱，直至基线稳定。
5.样品准备：将聚苯胺样品溶解在合适的溶剂中，浓度约为0.1 g/L。
6.进样分析：将样品溶液通过输液泵泵入色谱柱，记录各个组分的洗脱体积。
7.数据处理：根据洗脱体积和标准曲线，计算聚苯胺的分子量和分子量分布。
二、凝胶渗透色谱法研究聚苯胺的分子链结构除了测定分子量，凝胶渗透色谱法还可以用于研究聚苯胺的分子链结构。
通过对比不同分子量的聚苯胺样品的色谱图，可以观察到不同分子量组分的分布情况，从而推断出聚苯胺分子链的结构特征。
此外，结合其他表征手段如红外光谱、核磁共振等，可以对聚苯胺的化学结构进行更深入的研究。
三、凝胶渗透色谱法在聚苯胺合成中的应用在聚苯胺合成过程中，凝胶渗透色谱法可以用于监控反应进程和纯化产物。
通过实时监测色谱图中的峰形和峰强变化，可以判断反应是否进行完全，以及产物的纯度如何。
此外，利用凝胶渗透色谱法还可以对合成产物进行分级分离，得到不同分子量的聚苯胺样品，用于后续研究和应用。
综上所述，凝胶渗透色谱法在聚苯胺的分析、合成以及应用中具有广泛的应用价值。
凝胶渗透色谱
凝胶渗透色谱目录一、基本原理 (2)1.1 凝胶的特性 (2)1.2 色谱的分离原理 (3)1.3 凝胶渗透色谱在分离技术中的应用 (5)二、仪器设备 (6)2.1 凝胶渗透色谱仪的主要组成部分 (7)2.2 主要性能指标及选择 (9)2.3 仪器设备的清洁与维护 (9)三、样品前处理 (11)3.1 样品的选择与制备 (11)3.2 样品浓缩与净化 (12)3.3 样品检测方法的建立 (13)四、实验操作流程 (14)4.1 样品进样 (16)4.2 柱塞泵的设置与调节 (17)4.3 检测器的选择与校准 (18)4.4 数据处理与结果分析 (19)五、理论基础与数学模型 (20)5.1 凝胶渗透色谱的理论基础 (22)5.2 数学模型在凝胶渗透色谱中的应用 (23)5.3 实验数据的解释与处理 (24)六、应用领域 (26)6.1 在化学领域中的应用 (28)6.2 在生物医学领域中的应用 (29)6.3 在环境科学领域中的应用 (30)七、常见问题与解决方案 (31)7.1 常见问题及原因分析 (32)7.2 预防措施与解决策略 (33)八、实验安全与防护 (34)8.1 实验室安全规程 (36)8.2 个人防护装备的使用 (37)8.3 应急处理措施 (38)九、最新研究进展 (39)9.1 新型凝胶材料的研究与应用 (40)9.2 色谱技术的创新与发展 (41)9.3 聚合物凝胶渗透色谱法的探索 (43)一、基本原理它的基本原理是利用具有不同孔径大小的多孔凝胶颗粒作为固定相，将待分离的混合物通过凝胶柱进行分离。
在色谱过程中，待分离的混合物会与凝胶颗粒发生相互作用，从而导致不同成分在凝胶颗粒之间的分配系数和扩散速率的差异。
根据这些差异，混合物中的各个成分可以通过不同的时间顺序依次通过凝胶柱，从而实现对混合物中各组分的高效分离。
GPC的关键参数包括：凝胶颗粒的大小和形状；溶液流速；压力；洗脱剂的选择和浓度。
凝胶渗透色谱法
凝胶渗透色谱法（GPC）一、凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱Gel Permeation Chromatography（GPC)，一种新型的液体色谱，原理是利用高分子溶液通过一个装填凝胶的柱子，在柱子中按分子大小进行分离。
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（见图1）。
图1 GPC分离原理不仅可用于小分子物质的分离与鉴定，而且可作为用来分析化学性质相同但分子体积不同的高分子同系物。
可以快速、自动测定高聚物的平均分子量及分子量分布。
现阶段，已经成为最为重要的测定聚合物的分子量与分子量分布的方法。
二、测定原理凝胶色谱法的固定相采用凝胶状多孔性填充剂，是根据样品中各种分子流体力学提及的不同进行分离的。
比凝胶孔径大的分子完全不能进入孔内，随流动相沿凝胶颗粒间流出柱外，而娇小的分子则可或多或少地进入孔内。
因此大分子流程短，保留值小；小分子流程长，保留值大，所以凝胶色谱是按分子流体力学体积的大小，从大到小顺序进行分离的。
（见图2）图2 GPC淋出曲线溶质分子的体积越小，其淋出体积越大，这种解释不考虑溶质与载体间的吸附效应以及溶质在流动相和固定相中的分配效应，其淋出体积仅仅由溶质分子的尺寸和载体的孔径尺寸决定，分离完全是由于体积排除效应所致。
凝胶色谱的特点是样品的保留体积不会超出色谱柱中溶剂的总量，因为保留值的范围是可以推测的，这样可以每隔一定时间连续进样而不会造成谱峰的重叠，提高了仪器的使用率。
三、分子量校正曲线（LogM-V曲线）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，这种分子量的对数值与淋洗体积之间的曲线(LogM-V)称之为分子量校正曲线（见图3）。
图3 分子量校正(LogM-V)曲线➢排阻极限排阻极限是指不能进入凝胶颗粒空穴内部的最小分子的分子量。
凝胶渗透色谱GPC课件
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；
凝胶渗透色谱的分离原理
凝胶渗透色谱的分离原理凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC），又称为分子排阻色谱（Size Exclusion Chromatography，简称SEC），是一种基于分子大小分离的色谱技术。
它应用于高分子聚合物及其他大分子化合物的分子量分析，以及分子构象的研究。
GPC的分离原理可以总结为三个关键步骤：样品溶液在凝胶填料中的渗透，排除与凝胶交互的大分子，保留与凝胶交互的小分子。
以下将详细介绍这三个步骤。
首先，样品溶液在凝胶填料中的渗透。
凝胶填料通常是由高分子材料制成的，孔隙大小是一个连续分布的范围。
当样品分子进入填料孔隙中时，分子要么与填料相互作用，要么通过填料的孔隙空间渗透。
较大的分子普遍难以渗透凝胶填料，而较小的分子则更容易渗透。
这导致了样品分子的渗透行为呈现出分子大小的依赖性。
其次，排除与凝胶交互的大分子。
由于大分子的体积较大，因此它们在填料孔隙中遇到更多的障碍，渗透速率较慢。
大分子更多地在填料的外部进行排除，凝胶填料的流速较快，较大的分子会稍微快一些，较小的分子则相对较慢。
通过这种方式，较大的分子会被迅速排除，而较小的分子则进一步渗透进入填料孔隙。
最后，保留与凝胶交互的小分子。
较小的分子可以比较容易地渗透凝胶填料，它们能够进一步进入填料孔隙，尺寸不受孔隙限制。
当这些分子进入孔隙后，由于它们与填料相互作用，导致它们的停留时间延长。
因此，较小的分子需要更长的时间才能通过整个填料层。
通过这种方式，较小的分子会保留在填料层的内部，从而实现对分子大小的分离。
在GPC中，使用一系列标准物质的分离曲线来校正样品的保留时间。
通过比较标准物质的保留时间以及它们的分子量，可以获得样品分子量的估计。
此外，对填料孔隙大小的了解也非常重要，因为填料的孔隙大小分布会影响渗透分子的分离效果。
通常情况下，会选择与待测样品分子大小范围相匹配的填料。
总结起来，凝胶渗透色谱(GPC)利用填料的孔隙结构以及样品分子的渗透性对样品中的大分子和小分子进行分离。
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。
凝胶渗透色谱的名词解释
凝胶渗透色谱的名词解释凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC）是一种高效的分离和分析聚合物的方法。
它基于聚合物分子在固定凝胶孔隙中的渗透行为，通过测定聚合物在不同孔径凝胶材料中的渗透体积，实现了对聚合物的分子量分布的测定。
凝胶渗透色谱是基于分子尺寸的分离技术，通过使用一系列孔径不同的凝胶柱，可以将聚合物按照其分子量大小进行分离。
较小分子量的聚合物能够更容易渗透进较大孔径的凝胶颗粒中，而较大分子量的聚合物则在较小孔径的凝胶颗粒中滞留更长的时间。
通过测量样品在不同孔径凝胶柱中的保留时间，可以得到聚合物的分子量分布曲线。
在凝胶渗透色谱中，流动相通常是有机溶剂，如氯仿或四氢呋喃。
凝胶柱中充满了具有不同孔径的凝胶颗粒，常见的凝胶材料主要包括聚合物凝胶（如聚丙烯酰胺凝胶）和糖凝胶（如葡聚糖凝胶）。
为了实现更高的分辨率和选择性，可以使用多种凝胶柱串联。
凝胶柱中的凝胶颗粒形成了一个孔隙网络，聚合物分子进入其中时，随着分子尺寸的增大，渗透速度下降。
较小的聚合物可以填满孔隙，并沿着孔隙径向扩散，而较大的聚合物在填满孔隙之后仍然存在较大的空腔，导致渗透速度较慢。
因此，聚合物分子量的大小可以通过测量渗透体积随时间的变化来确定。
渗透体积与分子量之间存在一定的关系，可以通过构建一个与标准聚合物分子量相关的校正曲线来确定待测样品的分子量。
凝胶渗透色谱广泛应用于聚合物的表征和分析。
它可以用于确定聚合物的相对分子量、聚合度、分子量分布、分子量均值等参数。
在聚合物材料的研究和开发中，凝胶渗透色谱被用于评估聚合物的纯度、晶体形态和分子结构。
此外，凝胶渗透色谱还可以用于研究聚合物在不同溶剂中的曲线变化、聚合物与界面活性剂或添加剂间的相互作用等。
总结而言，凝胶渗透色谱是一种强大的工具，用于研究聚合物的结构和性质。
通过测量聚合物在凝胶柱中的渗透体积，可以获得聚合物的分子量分布信息，并可以评估聚合物的纯度和结构特性。
凝胶渗透色谱实验报告
凝胶渗透色谱实验报告凝胶渗透色谱实验报告引言：凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC）是一种常用的分析技术，广泛应用于高分子化合物的分子量测定、分子量分布的分析等领域。
本实验旨在通过凝胶渗透色谱技术对不同分子量的聚合物进行分离和分析，探究其分子量分布情况。
实验方法：1. 样品制备：选取不同分子量的聚合物样品，如聚乙烯醇（PVA），聚苯乙烯（PS）等。
将样品溶解于合适的溶剂中，制备成一定浓度的溶液。
2. 色谱柱装填：将合适的凝胶填料装填于色谱柱中，如聚丙烯酸凝胶（PAA）等。
注意保持填料的均匀性和紧密度。
3. 样品进样：使用适当的进样器将样品注入色谱柱中，控制进样量和速度。
4. 流动相选择：根据样品的性质选择合适的流动相，如甲醇、乙醇等有机溶剂。
注意流动相的纯度和稳定性。
5. 进行色谱分离：通过控制流动相的流速和梯度来实现样品的分离。
较大分子量的聚合物在凝胶中扩散速度较慢，因此会在柱中停留更长时间，而较小分子量的聚合物则会较快通过柱床。
6. 检测器选择：根据实际需要选择合适的检测器，如紫外检测器、荧光检测器等。
检测器会根据样品的吸收或发射特性进行信号检测和记录。
7. 数据分析：根据检测到的信号强度和保留时间，绘制色谱图并进行数据分析，得到样品的分子量分布曲线。
实验结果：通过凝胶渗透色谱实验，我们成功地对不同分子量的聚合物进行了分离和分析。
根据得到的色谱图，我们可以观察到不同聚合物在柱中的停留时间和峰形状的差异。
较大分子量的聚合物具有较长的保留时间，峰形较宽，而较小分子量的聚合物则具有较短的保留时间，峰形较尖。
根据分析得到的分子量分布曲线，我们可以进一步了解样品中聚合物的分子量分布情况。
例如，对于聚乙烯醇样品，我们观察到分子量较大的聚合物占据了整个分子量分布曲线的主峰，而分子量较小的聚合物则分布在主峰的两侧。
这表明聚乙烯醇样品具有较宽的分子量分布。
讨论与结论：凝胶渗透色谱是一种有效的分析技术，可以对高分子化合物进行分离和分析。
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
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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
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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
凝胶渗透色谱1. 凝胶渗透色谱的简单回顾凝胶渗透色谱[GPC（Gel Permeation Chromatography）][也称作体积排斥色谱(Size Exclusion Chromatography)]是三十年前才发展起来的一种新型液相色谱，是色谱中较新的分离技术之一。
利用多孔性物质按分子体积大小进行分离，在六十年前就已有报道。
Mc Bain用人造沸石成功地分离了气体和低分子量的有机化合物，1953年Wheaton和Bauman用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。
1959年Porath和Flodin用交联的缩聚葡糖制成凝胶来分离水溶液中不同分子量的样品。
而对于有机溶剂体系的凝胶渗透色谱来说，首先需要解决的是制备出适用于有机溶剂的凝胶。
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。
2. 凝胶渗透色谱的应用三十多年来，凝胶渗透色谱的理论、实验技术和仪器的性能等方面有了突飞猛进的发展。
尤其是随着新型柱填料的诞生、高效填充柱的出现(目前其理论塔板数已超过10000/米)以及计算机的普及，凝胶渗透色谱在工业、农业、医药、卫生、国防、宇航以及日常生活的各个领域得到了广泛的应用。
特别是近年来，随着各种高分子材料的问世，人们对高分子科学的不断探索，高聚物的分子量及其分布的测定显得尤为重要，成为科研和生产中不可缺少的测试项目之一。
例如：常见的聚苯乙烯塑料制品，其分子量为十几万，如果聚苯乙烯的分子量低至几千，就不能成型；相反，当分子量大到几百万，甚至几千万，它又难以加工，失去了实用意义。
科研和生产上通过控制高聚物的分子量及其分布宽度指数D(D=Mw/Mn)、分子量微分分布曲线、分子量积分分布曲线来生产出性能最佳的高聚物产品。
凝胶渗透色谱
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
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i
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凝胶渗透色谱PPT课件
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
凝胶渗透色谱的原理
凝胶渗透色谱的原理
凝胶渗透色谱是一种基于溶剂的色谱技术，其原理基于不同分子在固定凝胶颗粒孔隙中的渗透行为，分离分析样品中的化合物。
在凝胶渗透色谱中，固定相是由交联的聚合物（如聚丙烯酰胺）颗粒构成的凝胶。
这些颗粒具有不同尺寸的孔隙，较大颗粒的孔隙尺寸较小，而较小颗粒的孔隙尺寸较大。
在进行凝胶渗透色谱时，样品会被溶解在适当的溶剂中，并通过进样器注入到色谱柱中。
样品分子会在凝胶颗粒的孔隙中渗透，较小的分子会进入较大的孔隙，而较大的分子则只能进入较小的孔隙。
分子在凝胶中渗透的速度与其分子量有关。
分子量较大的分子由于其尺寸较大，在凝胶中渗透速度较慢；而分子量较小的分子则可以更快地穿过较大的孔隙。
因此，在凝胶柱中，分子会根据其分子量在凝胶中渗透的速度不同而分离开来。
进行凝胶渗透色谱时，可以通过检测样品在流出柱床的时间来确定分子的分子量和分子量分布。
通常使用紫外可见光谱检测器来检测样品，因为大部分分子在紫外可见光谱区域内具有吸收特性。
凝胶渗透色谱在生物化学、药物研发和蛋白质分析等领域广泛应用。
通过凝胶渗透色谱，可以分离并确定混合物中不同分子
量的分子，对于分析样品的分子量分布、聚合物的分子量和降解产物的分析具有重要的意义。
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。
凝胶渗透色谱实验报告
凝胶渗透色谱实验报告凝胶渗透色谱实验报告引言凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC）是一种常用的分离和分析高分子化合物的方法。
通过使用不同孔径的凝胶填料，GPC可以根据高分子物质的分子大小进行分离，从而得到高分辨率的色谱图谱。
本实验旨在通过凝胶渗透色谱法对不同分子量的聚合物进行分析，并探讨其分子量与保留时间的关系。
实验方法1. 样品制备：选取三种不同分子量的聚合物作为样品，分别标记为A、B、C。
将每种聚合物按照一定比例溶解于适量的溶剂中，并进行充分搅拌，以保证样品的均匀性。
2. 样品注射：使用自动进样器将样品注入色谱柱，并设置适当的进样量，以确保得到清晰的峰形。
3. 色谱条件：调节流动相的流速和温度，以及色谱柱的温度和长度，以获得最佳的分离效果。
4. 数据处理：使用色谱软件对得到的色谱图进行峰识别和峰面积计算，得到各个峰的保留时间和峰面积。
实验结果与讨论通过对三种不同分子量的聚合物进行凝胶渗透色谱分析，得到了它们在色谱图上的峰形和保留时间。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 分子量与保留时间的关系：实验结果显示，聚合物的分子量与其在色谱图上的保留时间呈正相关关系。
即分子量较大的聚合物在色谱柱中的停留时间较长，而分子量较小的聚合物则停留时间较短。
这是因为分子量大的聚合物在凝胶填料中的渗透速度较慢，从而导致其停留时间延长。
2. 峰形的解析度：通过对色谱图中的峰形进行观察和分析，可以评估凝胶渗透色谱的分离效果。
若各个峰之间存在明显的分离和峰形对称，说明色谱柱的分离效果良好。
相反，若峰形模糊或存在重叠现象，则说明分离效果较差。
3. 样品纯度的评估：通过计算各个峰的峰面积比例，可以评估样品的纯度。
若纯度较高，各个峰的峰面积比例应接近理论值。
若存在杂质或聚合物分子量分布较宽的情况，则峰面积比例会偏离理论值。
结论凝胶渗透色谱是一种有效的高分子化合物分析方法，可以根据分子量的大小进行分离和定量。
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•
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
•
•
• 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
2.3光散射法
• 用此法可以直接测出淋出液中聚合物的重均分 子量，是一种测定绝对分子量的方法。
• 该法所使用的仪器为小角激光光散检测器 （low angle laser light scattering, LALLS），其 工作原理如下：当光通过高分子溶液时，会产生 瑞利散射，散射光强度及其对散射角θ（即入射光 与散射光测量方向的夹角）和溶液浓度C的依赖 性与聚合物的分子量、分子尺寸、分子形态有关， 因此可用光散射的方法研究高分子溶液的分子量 等参数。
2.2粘度法
• 用自动粘度检测器测定柱后流出液的特性粘度 [η]。依照Mark-Houwink方程： [] KM
• 即可换算得出聚合物的分子量M。上式中，K和α 为常数，与聚合物类型、溶剂和溶液温度有关。 已知K，α值,可以算出绝对分子量，否则，只能推 测出相对分子量。
• 自动粘度检测器有两种型式：一种是间隙式， 测定一定体积的淋出液流经毛细管粘度计的流出 时间；另一种是连续式，测定柱后淋出液流经毛 细管粘度计时在毛细管两端所产生的压差。
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。
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
3.凝胶色谱分离机理
3.1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。
• 因此当把色谱方程VR＝VM+KVS用于凝胶色 谱时，VM代表填料颗粒间体积，VS代表填 料孔体积，VR也称为淋洗体积。样品在分 离过程中，大分子的保留体积为VM，小分 子的保留体积为VM+VS。分配系数K在0到1 之间。
量。
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。
实验部分
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。
实验部分
激光光散射实验中必须对样品严格除尘，溶 液中的灰尘会产生强烈的光散射，严重干扰聚合 物溶液光散射的测量。溶液除尘是光散射成败的 关键。首先是溶剂除尘，配置测试样品的溶剂应 进行精馏，并经过0.2μm超滤膜过滤后方可使用。 配好的溶液也要用0.2μm的超滤膜过滤。另外， 测试中所用的器械，如：注射器等，使用前要用 洗液浸泡，清水强力冲洗。
• 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。
4.2.1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（d<1.1）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。
• 采用瑞利比Rθ来描述散光：
R r2I / Io
• 式中Io和I分别代表入射光和散射光强度；r 代表观测点与散射中心的距离。
• LALLS与一般光散射方法相比，其特点是
可以在θ→0和C→0的条件下测定，使计算
大大简化， R θ和溶质的重均分子量Mw的 关系为
KC R
1 MW
2A2C
• 式 为中仪，器A常2数为：第二维利系数，需事先测定，K
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。
横坐标的值表示了样品的淋洗体积或级分，这 个值是与分子量的对数值成比例的，表示了样品 的分子量；
纵坐标的值是与该级分的样品量有关，表征了 样品在某一级分下的质量分数。
因此凝胶色谱谱图可看作是以分子量的对数值 为变量的微分质量分布曲线。
• 对于单分散相的高聚物样品，其色谱的保 留值（在凝胶色谱中称为峰位值）即表征 了样品的分子量。一般这种单分散性的色 谱曲线可以用高斯分布函数表示：
• 胶体的孔洞具有一定的孔径分布，大分子可以渗 透进去的孔洞数目比小分子少，即排除体积大。 同时，大分子渗透进孔洞的深度也比小分子浅， 容易被淋洗液冲出来。所以在色谱柱内，大分子 经过的路程比小分子短，先流出来，而小分子后 出来。当溶质分子相当大时，以致全部都被排斥 在胶体孔洞之外，K=0，即VR＝VM。而当溶质分 子相当小时，K＝1，VR＝VM+VS。
影响因素：
实验部分
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。
• 色谱定量分析——峰高或峰面积判断分析
物
的含量
• 色谱优缺点：
• 高效快速分离技术
• 难以鉴别分离组分
1.GPC的基本机理
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。
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。
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。
根据这一经典原理，用于测定高聚物的分子量
是很适宜的，因为它易于实现自动化，而且分析的 重复性好。
2.凝胶色谱仪
依照凝胶色谱的特点，在测定聚合物分 子量分布曲线时，需要同时测定每个级分 的浓度和分子量，因此除了和一般HPLC中 所用到的浓度检测器如示差折射、紫外等 检测器外，还配有分子量检测器。分子量 的检测方法主要有两大类：一类采用间接 测定法，另一类采用直接测定法，如粘度 法和光散射法。
• 由于半径大，大分子的溶质在流动时不能靠壁 而被集中到管子的中心区域，故靠近管壁的是小 分子。在抛物线形流速场的影响下，中心区域大 分子的流速较快，从而先从柱子中流出来；小分 子靠近管壁流速慢，经过足够长的距离后就可以 到达分离的目的。