第5章凝胶渗透色谱
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第5章凝胶渗透色谱
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
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。
第5章凝胶渗透色谱
• 尺寸不同的高聚物分子，按其分子大小能自由 地渗透进和渗透出这些凝胶孔洞。
• 凝胶孔洞与分子尺寸是相适应的，超过这个尺 寸的大分子就不能渗透进去，它们只能随溶剂的 流动而在凝胶粒子之间的空间中流动。因此，大 分子比起小分子来说，在柱中的行程就短得多。
• 根据大小分子不同的行程就可以把混在一起的 高聚物分子逐级分离开来，先分离出来的是大分 子，较小的聚合物分子受到溶剂分子的排斥也随 后分离出来，然后再用一定的方法检知每级中溶 质的浓度和分子量。
• 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
• 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
第5章凝胶渗透色谱
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。
•
c 标准偏差：
nc0
2tR
exp12n1ttR2
tR / n
c
c0
2
exp
t tR
2 2
2
第5章凝胶渗透色谱
• 描述色谱峰大小的参数：
•
峰高h h c 0
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
•
第5章凝胶渗透色谱
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
• 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
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
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。
•
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
第5章凝胶渗透色谱
• 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
• 式中，A2为第二维利系数，需事先测定，K 为仪常数：
第5章凝胶渗透色谱
K
4 2 N4
n2 ( dn )2 dc
• 式中，N为阿佛加德罗常数；λ使入射光波
长；n是溶液的折光指数。当测定溶液的浓
度C→0时，该项可忽略。这样式子可以化
简为：
KC
1
R
MW
• 式中的C为流出液中样品的浓度。因此在
GPC中，只要有浓度型检测器和LALLS联
第5章凝胶渗透色谱
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。
用，就可以直接测出液中样品的重均分子
量。
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
2.1间接测定法
这是通过测定淋洗体积推测相应的分子 量。如用虹吸法或计滴法来测定淋洗体积。 随着凝胶色谱的不断发展，仪器流动相速 度的稳定性不断提高，也可以直接测定保 留时间作为分子量标记。
间接法测定分子量的优点是仪器设备简 单，但不能直接得出分子量的数值，需采 用标准进行校正，数据处理较为复杂。
• 第5章 凝胶渗透色谱法
•
第5章凝胶渗透色谱
• 色谱原理 • 流动相:载气 • 固定相:固体吸附剂等
第5章凝胶渗透色谱
•
图 气相色谱对样品分离过程示意图
第5章凝胶渗透色谱
• 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5章凝胶渗透色谱
• 色谱图的解析: 色谱峰的位置
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
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。
第5章凝胶渗透色谱
• 尺寸不同的高聚物分子，按其分子大小能自由 地渗透进和渗透出这些凝胶孔洞。
• 凝胶孔洞与分子尺寸是相适应的，超过这个尺 寸的大分子就不能渗透进去，它们只能随溶剂的 流动而在凝胶粒子之间的空间中流动。因此，大 分子比起小分子来说，在柱中的行程就短得多。
• 根据大小分子不同的行程就可以把混在一起的 高聚物分子逐级分离开来，先分离出来的是大分 子，较小的聚合物分子受到溶剂分子的排斥也随 后分离出来，然后再用一定的方法检知每级中溶 质的浓度和分子量。
• 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
• 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
第5章凝胶渗透色谱
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。
•
c 标准偏差：
nc0
2tR
exp12n1ttR2
tR / n
c
c0
2
exp
t tR
2 2
2
第5章凝胶渗透色谱
• 描述色谱峰大小的参数：
•
峰高h h c 0
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
•
第5章凝胶渗透色谱
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
• 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
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
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。
•
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
第5章凝胶渗透色谱
• 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
• 式中，A2为第二维利系数，需事先测定，K 为仪常数：
第5章凝胶渗透色谱
K
4 2 N4
n2 ( dn )2 dc
• 式中，N为阿佛加德罗常数；λ使入射光波
长；n是溶液的折光指数。当测定溶液的浓
度C→0时，该项可忽略。这样式子可以化
简为：
KC
1
R
MW
• 式中的C为流出液中样品的浓度。因此在
GPC中，只要有浓度型检测器和LALLS联
第5章凝胶渗透色谱
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。
用，就可以直接测出液中样品的重均分子
量。
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
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。
第5章凝胶渗透色谱
2.1间接测定法
这是通过测定淋洗体积推测相应的分子 量。如用虹吸法或计滴法来测定淋洗体积。 随着凝胶色谱的不断发展，仪器流动相速 度的稳定性不断提高，也可以直接测定保 留时间作为分子量标记。
间接法测定分子量的优点是仪器设备简 单，但不能直接得出分子量的数值，需采 用标准进行校正，数据处理较为复杂。
• 第5章 凝胶渗透色谱法
•
第5章凝胶渗透色谱
• 色谱原理 • 流动相:载气 • 固定相:固体吸附剂等
第5章凝胶渗透色谱
•
图 气相色谱对样品分离过程示意图
第5章凝胶渗透色谱
• 色谱谱图解析
• 一 谱图表示方法: 横坐标 时间
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纵坐标 检测器响应信号的大小 色谱图
•
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第5章凝胶渗透色谱
• 色谱图的解析: 色谱峰的位置