凝胶渗透色谱(2014)

16.0
17.0
18.0
19.0
20.0 21.0 Minutes
22.0
23.0
24.0
25.0
Sample PE-150C-2h Sample PE-150C-4h Sample PE-160C-2h Sample PE-160C-4h Sample PE-170C-2h Sample PE-170C-4h
MIXED bed columns
give extended range over individual pore size
Manufactured
to give no discontinuities
聚合物色谱中的检测器

浓度
响应值正比于浓度C 实例：示差(refractometer)检测器
This To
is conditioning
„condition‟ the column, multiple sample injections can be made to block interacting sites
色谱柱对数据的影响
Combine Can
individual pore size columns to extend range cause peak shape variation due to mismatch in pore volume
缓冲柱
放空阀
柱温箱
废液
色谱柱 进样阀
预热板
溶剂
I n
Out
溶剂输送系统
在线脱气
典型分离式GPC系统示意图
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

普适校正的假设：
具有同样大小(H)的大分子应有同样的洗脱体积，
即依赖性 在给定的流动相、色谱柱组及温度下，H = H(V)
“绝对”分子量分布的测定
RI/V 检测器结合使用，第一步：用任何 窄分布标样(化 学结构不重要)建立普适校正曲线
10
Log H
8
6 4 2 16
Elution volume V, mL
18 20 22 24 26 28
– [] ST = VI / RI – H = MST [] ST – Polynomial fit to Log H
for each standard for each standard universal calibration curve
“绝对”分子量分布的测定
增加温度 :
降低操作压力 改善分辨率, 尤其是对
于高分子量
PEO/PEG standards 990,000 252,000 86,000 18,000 4,800 200
色谱柱结构与性能的影响

在 THF 中包含胺类基团的聚合物经常 会和色谱柱填料发生作用，造成保留时间 延长 在溶剂中添加少量的三乙胺降低相互 作用的影响就可使色谱图恢复正常
聚合物近代测试
凝胶渗透色谱
讲课：9-11、9-18（4学时） 实验：材料楼416（8学时）
1. Questions and Discuss 问题与讨论 1） What is chromatography, and what is it for? 色谱的起源与应用
2.）Do you know Liquid Chromatography or Gas Chromatography? 你是否接触过液相色谱和气相色谱？
Sample: Column: Flow rate: Injection volume: Detector:
Acrylic copolymer 3xPlgel 5µm MIXED-C 1.0ml/min 20µl DRI

Column Conditioning in Organic GPC
Some samples, especially polar resins (e.g. phenol formaldehyde) can interact with packing materials on first injection
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
分配系数 0<K<1
V0载体粒间体积
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。
Mobil Phase – Methanol @ 0.25/mL minute Detector Temp 35 C No Column Heater Used
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）
3）For polymer, what need to be separated? 对于高聚物有什么是需要分离的？
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。
Eluent Modification in Organic GPC - Acids

Some acidic samples containing polar components can be dissolved in THF but when analysed in that solvent show interactions with the packing material
Subsequent Eventually
stabilises
injections result in a changing peak profile as the number of interacting sites is reduced the peak shape called column Eluent: Column: Flow rate: Injection volume: Detector: THF ResiPore 1.0ml/min 20µl DRI
Addition
of a small amount of acetic acid reduces these interactions by reducing the ionic character of the polymers
In this example a acrylic
co-polymer showing ionic exclusion could be analysed in THF with 5% acetic acid
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 加热废液管儿
S R
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 检测器3 废 液 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
样品制备的影响
固态 (半结晶)
液态 (稀溶液)
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
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
进样点
进样点
热区 温区
200
温度 (C)
100
50 -20
-10
0
10
20
Biblioteka Baidu
瓶位
Carousel Motion
Agitated
自动进样器
柱温对分辨率影响
Column : Eluent : Flow rate : PLgel 5um MIXED-C 300x7.5mm DMF 1.0ml/min
在例子中一个含胺的紫外稳定剂，在用
四氢呋喃分析时加入 5% 三乙胺，谱图明 显得到改善
Sample: Hostavin N30 Column: 2xPLgel 3µm MIXED-E Flow rate: 1.0ml/min Injection volume: 20µl Detector: PL-ELS 1000

RI/V 检测器结合使用

第二步：用聚合物分布每一切片“i”计算“绝对”分子量 []i = VIi / Rii Mi = Hi / []i
实验室温度波动对RI检测器基线的影响
20.0
Temp.(Deg C) 19.5 19.0 18.5
Room Temperature
2.00
RI Baseline
1.00
MV 0.00 -1.00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Minutes 50 55 60 65 70 75
聚合物的分子结构
PD = Mw / Mn
分子量分布
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
N = (dn/dc) C
紫外检测器
蒸发光散射检测器

使用单一浓度型检测器的体积排除分离模式色 谱被称作 传统GPC
“绝对”分子量分布的测定

RI/V 检测器结合使用 VI的响应值正比于 C H / M = C []
H，大分子的尺寸；流体力学体积
[]
= VI / RI，特征粘度(intrinsic viscosity)

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
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