凝胶渗透色谱

15.0
淋洗体积 (mL)
20.0
25.0
排阻极限 ----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。
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。
为GPC加热的理由


使GPC检测处在一个温度稳定的环境
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） 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）
Mw/Mn < 2.00 Mw/Mn > 2.00
体积排斥色谱（SEC)工作原理


以多孔树脂为固定相，用溶剂推动分子量大小 不同的样品流过固定相产生大小分子顺序流出 的分离 流出级份的保留时间（洗脱体积）提供其分子 量（尺寸）的信息 用检测器得到各流出组分的强度和流出时间 用已知分子量的标样标定出流出时间和分子量 的关系 用标定好的时间和分子量的关系对未知样各流 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

Hexafluoroisopropanol + 0.075 M Sodium Trifluoroacetate/55 °C or m-Cresol + 0.05 m LiBr/100 °C


Poly Acrylonitrile(聚丙烯睛) ABS (Acrylonitrile – Butadiene – Styrene) ASA (Acrylic – Styrene – Acrylonitrile ABA (Acrylonitrile – Butdiene – Acrylate) Carboxymethyl Cellulose ABS/Polycarbonate Polybutadiene – Acrylonitrile Polyurethane


溶剂特性
溶剂（中文） 己烷 溶剂（英文） Hexane 极性 7.3 黏度 （cP） 0.33 沸点 （℃） 86
环己胺
甲苯 乙酸乙酯 四氢呋喃 氯仿 甲乙酮 二氯甲烷 二氯乙烷 丙酮 二氯苯 三氯苯 间甲苯酚 临氯酚 二甲基乙酰胺
Cyclohexane
Toluene Ethyl acetate Eetrahydrofuran Chloroform Methyl ethyl ketone Dichloromethane Dichloroethane Acetone Dichlorobenzene Trichlorobenzene m-Cresol o-Chlorophenol Dimethyl acetamide
2 开启仪器电源，点击工作站控制系统Power按钮，待 联机显示成功后，设定流速、温箱温度和检测条件。 3 设定Warm Up时的流速和待机时间，并执行该程序。
4 将待测样品放入样品托盘，设定运行时间、数据采 集时间、样品测定序列，执行Analysis 程序，进行标 准物质和样品的测定及数据处理。 5 测试完毕后，执行Shut Down程序，待控制面板显示 Power Off 后关闭仪器电源和电脑。

Polyisobutylene Polybutylene Chlorinated Rubber Polybutadiene Polyisoprene Polydimethylsiloxane Chlorinated Polyethylene Polyethylene – Ethylacrylate Polyethylene – Vinylacetone Polyethylene – Methacrylic acid Polyphenyleneoxide Poly-4-methylpentene(1) Polyethylene Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Polypropylene Polyetheretherketone Polyetherketone
DMF + 0.05 m LiBr/85 °C
Polyacetal Polyoxymethylene Polyimide Polyamide – imide Polyetherimide Polyethersulfone Polyvinyldienefluoride

DMF + 0.05 m LiBr/145 °C
Pore Structure Defines Resolving Range
体积排除分离机理
GPC是如何工作的
凝胶色谱柱的分离
SEC 体积排 除色谱（ GPC）不同 于 HPLC, 没有化学作 用。 SEC 体积排 除色谱（ GPC）依靠 单纯的物理 分离原理。
时间 顺序 (A) 样品进入 (B) 尺寸分离 (C) 大尺寸 (D) 小尺寸溶质
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 用葡聚糖胶联制成凝胶 来分离水溶液中不同分子量的样品。 1962年 J.C.Moore 将高交联度聚苯乙烯-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技术。
N-Methyl Pyrrolidone + 0.05 m LiBr/100 °C
Dimethylacetamide/60 °C
Polyfuran – Formaldehyde

Polycarbonate Polyglycolic acid Acrylonitrile – Methylmethacrylate Cellulose Acetate Cellulose Acetate – Butyrate Cellulose Acetate – Proprionate Cellulose Nitrate Cellulose Proprionate Cellulose Triacetate Diallyl Phthalate Ethyl Cellulose Epoxy Polyester Alkyd Polybutene(1) Polybutadiene – Styrene Phenol – Formaldehyde Phenol – Furfural Polymethylmethacrylate Polypropyleneglycol Polystyrene Polysulfone Polyvinylacetate Polyvinylbutyral Polyvinylchloride Polyvinylchloride – Acetate Polyvinyldienechloride Polyvinylformal Polystyrene Acrylonitrile Polystyrene – Alphamethylstyrene Polyester Thermoset Phenolics Rosin Acids Polyglycolic Acid
8.2
8.9 9.1 9.1 9.3 9.3 9.7 9.8 9.9 10 10 10.2 10.2 10.8
1
0.59 0.45 0.55 0.57 0.4 0.39 0.79 0.32 1.26 1.89 16.9 4.11 0.77
81
110 77 66 61 80 40 83 56 180 213 202 175 166
凝胶渗透色谱法测定
分子量分布原理
实验目的
1 掌握GPC测定物质分子量及其分布 的基本原理和仪器的使用方法。 2 测定样品的GPC谱图，由软件获得 Mn,Mw,PDI。
色谱分类
分类 气 相 色 谱 方法 气液色谱 气固色谱 气相键合色谱 液液色谱 固定相 液体吸附于固体 固体吸附剂 有机组份键合于 固体表面 液体吸附于固体 平衡类型 气液间分配 吸附 液体和键合体 表面间的分配 不相溶液体间 的分配 吸附 液体和键合体 表面间的分配 离子交换 分配/筛析 超临界流体和 键合相间分配
色谱仪组成示意图
示差折光检测器恒温区
S R
废液管 缓冲柱
放空阀 废 液 溶 剂
柱温箱
进样阀 预热板 自动进样器 色谱柱
I n
Out
溶剂输 送系统
在线脱气
凝胶渗透色谱 HLC-8320 GPC 生产厂商：日本东曹株式会社
HLC-8320 GPC操作规程
1 打开电脑，点击EcoSEC-WS工作站，输入密码，进入 采集控制应用程序。
Toluene Toluene/75%
TCB/135 - 160 °C
TCB/135 - 160 °C Phenol/TCB 1:1/145 °C
各种样品所对应的溶剂条件 Melamine – Formaldehyde Nylon (All types) Polybutylene – Terphthalate(PBT) Polyethylene – Terphthalate(PET)

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
DVB/PS Packing Particle 20,000x
有机 GPC 介质
悬浮聚合产生苯乙烯基二乙基苯聚合物的单体颗粒 开始的小颗粒融合集合成最终的颗粒 仔细控制反应环境产生出合适的单体孔和颗粒的尺寸
SEC 分类
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)
氮甲基吡咯烷酮
二甲基亚砜 二甲基甲酰胺 六氟乙丙醇
n-Methyl pyrrolidone
Dimethyl sulphoxide Dimethyl formamide Hexafluroisopropanol
11.3
12 12.1 12.2
1.65
1.1 0.9 1.02
202
189 153 58
Biblioteka Baidu
各种样品所对应的溶剂条件
液 固 ( 吸 附 ) 色 固体吸附剂 液 谱 相 液相键合色谱 有 机 组 份 键 合 于 色 固体表面 谱 离子交换色谱 离子交换树脂 凝胶渗透 ( 尺寸 液 体 附 于 多 孔 聚 排阻)色谱 合物 超临界 有机组份键合于 流体 固体表面
体积排斥色谱 SEC( Size Exclusion Chromatography）的发展史
凝胶色谱的任务
分子量的分布与高分子材料的 所有关键加工特性以及材料性能紧 密相关
Plastics Technology, May 1986
聚合物的各种平均分子量

用SEC测得的不同种平均分子量可对应于其他仪器所 测的值： – 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
填料颗粒尺寸 填料颗粒的孔隙率 填料颗粒的形状 孔的尺寸分布 孔的形状
++ 0 0 0 0
0 = 可以忽略的因素 + = 影响适中的因素 ++ = 影响很大的因素
GPC/SEC体积排斥色谱
分子量MW vs. 淋洗体积
8.00
Log (分子量MW)
6.00
排斥 极限
4.00
全部 渗入
2.00
0.00 10.0
(Ultracentrifuge) – Mw/Mn：为多分散性(Polydispersity) – Mn<Mv<Mw<Mz<Mz+1
聚合物的分子结构
PD = Mw / Mn
分子量分布
增加分子量
分子量分布
单分散性聚合物 窄分布聚合物 中等分布聚合物 宽分布聚合物
Mw/Mn = 1.00
Mw/Mn < 1.20
溶剂流动 混合样品 溶质 洗提 洗提
多孔性填料
示差检测器
色谱图（浓度淋洗曲线）
(A) (B) (C) (D)
保留时间 进 样
色谱柱对GPC/SEC 色谱分离的影响
参数 色谱柱体积 峰的分离 ++ 0 + 0 + 0 峰加宽 ++
凝胶柱的分离按照尺寸进行
分辨率和准确率 ++ ++ + 0 + 0
色谱柱填料: