1、 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论20 20 世纪中期，大量采用世纪中期，大量采用一些经典的分离方法：沉一些经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取现代分析淀、蒸馏和萃取现代分析中，大量采用色谱和电泳中，大量采用色谱和电泳分离方法。迄今为止，色分离方法。迄今为止，色谱方法是最为有效的分离谱方法是最为有效的分离手段！其应用涉及每个科手段！其应用涉及每个科学领域。学领域。5050年代，色谱发展最快（年代，色谱发展最快（一些新型色谱技术的发展一些新型色谱技术的发展；复杂组分分析发展的要；复杂组分分析发展的要求。求。 1937-19721937-1972年，年，1515年中有年中有1212个个N
2、obelNobel奖是有关色谱奖是有关色谱研究的！研究的！ 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论色谱分离基本原理：色谱分离基本原理： 使用外力使含有样品的流动相（气体、液体或超临界流使用外力使含有样品的流动相（气体、液体或超临界流体）通过一固定于柱或平板上、与流动相互不相溶的固定体）通过一固定于柱或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。样品中各组份在两相中进行不同程度的作用。与相表面。样品中各组份在两相中进行不同程度的作用。与固定相作用强的组份随流动相流出的速度慢，反之，与固固定相作用强的组份随流动相流出的速度慢，反之，与固定相作用弱的
3、组份随流动相流出的速度快。由于流出的速定相作用弱的组份随流动相流出的速度快。由于流出的速度的差异，使得混合组份最终形成各个单组份的度的差异，使得混合组份最终形成各个单组份的“带带(band)(band)”或或“区区(zone)(zone)”，对依次流出的各个单组份物质，对依次流出的各个单组份物质可分别进行定性、定量分析。可分别进行定性、定量分析。 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论色谱分类方法：色谱分类方法：1. 1. 按固定相外形分：按固定相外形分： 柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱和纸色谱柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱和纸色谱。2. 2. 按组份在固定
4、相上的分离机理分：按组份在固定相上的分离机理分： 吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同；吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同； 分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同；分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同； 离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和力不同；力不同； 凝胶色谱（尺寸排阻色谱）不同尺寸分子在固定相上的渗透凝胶色谱（尺寸排阻色谱）不同尺寸分子在固定相上的渗透作用。作用。 3. 按两相状态分按两相状态分第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论分类分类 方法方法 固定相固定相 平衡类型平衡类型 气液色
5、谱气液色谱 液体吸附液体吸附于于固体固体 气液间分配气液间分配 气固色谱气固色谱 固体吸附剂固体吸附剂 吸附吸附 气气 相相 色色 谱谱 气相键合色谱气相键合色谱 有机组份键合于有机组份键合于固体表面固体表面 液体和键合体液体和键合体表面间的分配表面间的分配 液液色谱液液色谱 液体吸附液体吸附于于固体固体 不相溶液体间不相溶液体间的分配的分配 液固液固 (吸附吸附)色色谱谱 固体吸附剂固体吸附剂 吸附吸附 液相键合色谱液相键合色谱 有机组份键合于有机组份键合于固体表面固体表面 液体和键合体液体和键合体表面间的分配表面间的分配 离子交换色谱离子交换色谱 离子交换树脂离子交换树脂 离子交换离子交换
6、 液液 相相 色色 谱谱 凝胶渗透凝胶渗透(尺寸尺寸排阻排阻)色谱色谱 液体附于多孔聚液体附于多孔聚合物合物 分配分配/筛析筛析 超临界超临界流体流体 有机组份键合于有机组份键合于固固体表面体表面 超临界流体和超临界流体和键合相间键合相间分配分配 GPC 18601930: porous materials have adsorption-separation function (especially for dye) 19401970: appearance of Liquid Chromatography 1964: The first GPC produced by Waters com
7、pany 1970: HPLC （rapid test 、good separation effects、less sample、more sensitive）;New technology of HPLC applied in GPC area6.1 Background6.1 BackgroundSignificance of Molecular Weight Distribution (MWD) Statistic Average Molecular WeightExpressions of MWDMeasurement of MWDRelation between molecular
8、weight and properties of polymer6.1.2 6.1.2 Statistic Average Molecular WeightNumber-average Molecular WeightWeight-average Molecular Weight6.1.2 6.1.2 Statistic Average Molecular WeightZ-average Molecular WeightViscosity-average Molecular Weight6.1.3 6.1.3 Expressions of MWDParametersBreadth parame
9、ter of molecular weight distribution: variance and standard deviation between different molecular weights and the average molecular weightPolydispersity index of molecular weight: 6.1.3 6.1.3 Expressions of MWDGraphic MethodsDiscrete distribution curvesContinual distribution curves 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱
10、分析方法导论色谱流出曲线（色谱图）色谱流出曲线（色谱图）混合组分的分离过程混合组分的分离过程及检测器对各组份在及检测器对各组份在不同阶段的响应不同阶段的响应第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论色谱术语：色谱术语：1 1）基线：在实验条件下）基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动，色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出相进入检测器时的流出曲线称为基线，曲线称为基线，S/NS/N大的大的、稳定的基线为水平直、稳定的基线为水平直线。线。2 2）峰高：色谱峰顶点与）峰高：色谱峰顶点与基线的距离。基线的距离。3 3）保留值）保留值(Retention value, R)(Retention v
11、alue, R) a.a. 死时间死时间(Dead time, t(Dead time, t0 0) ) ：不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时：不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用，因此，其流的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用，因此，其流速与流动相的流速相近。速与流动相的流速相近。 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论 b. 保留时间保留时间tr：试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相：试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间通过柱子的时间t0和
12、组份在固定相中滞留的时间。和组份在固定相中滞留的时间。 c. 调整保留时间调整保留时间 ：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即份在固定相中的滞留时间。即 由于时间为色谱定性依据。但同一组份的保留时间与流速有关，因此有时由于时间为色谱定性依据。但同一组份的保留时间与流速有关，因此有时需用保留体积来表示保留值。需用保留体积来表示保留值。 d. 死体积死体积V0：色谱柱管内固定相颗粒间空隙、色谱仪管路和连接头间空隙：色谱柱管内固定相颗粒间空隙、色谱仪管路和连接头间空隙和检测器间隙的总和。勿略后两项可得到：和检测器间隙
13、的总和。勿略后两项可得到：其中，其中，Fco为柱出口的载气流速为柱出口的载气流速（mL/min)，其值为：，其值为：F0-检测器出口流速；检测器出口流速；Tr-室温；室温；Tc-柱温；柱温；p0-大气压；大气压；pw-室温时水蒸汽压。室温时水蒸汽压。rt0rrttt co00FtV 0w0rc0copppTTFF 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论 e. 保留体积保留体积Vr：指从进样到待测物在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相：指从进样到待测物在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相的体积。的体积。 f. 调整保留体积调整保留体积 ：某组份的保留体积扣除死体积后的体积。：某组份的保留
14、体积扣除死体积后的体积。 g. 相对保留值相对保留值r2,1：组份：组份2的调整保留值与组份的调整保留值与组份1的调整保留值之比。的调整保留值之比。注意：注意： r2,1只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱长只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱长L、填充情况及流动相、填充情况及流动相流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是GC中广泛用于定性的依据！中广泛用于定性的依据！具体做法：固定一个色谱峰为标准具体做法：固定一个色谱峰为标准s，然后再求其它峰，然后再求其它峰 i 对标准峰的相对保留值对标准峰的相对保留值，此时以，此时以 表示：表示： 1, 又称选择因
15、子又称选择因子(Selectivity factor)。cor0FtV rVcor0rrFtVVV 1r2r1r2r1 , 2VVttr )s(t)i (tsr 色谱法基本原理色谱法基本原理1) 1) 分配系数分配系数(Distribution constant, K)(Distribution constant, K)： 描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附- -脱附过程脱附过程的参数，称为分配系数。的参数，称为分配系数。第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论描述分配过程的参数描述分配过程的参数msccK 溶质在流动相中的浓度溶质在流动
16、相中的浓度溶质在固定相中的浓度溶质在固定相中的浓度K K 只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。 第一节第一节 色谱分析方法导论色谱分析方法导论2)选择因子选择因子 ：色谱柱对：色谱柱对A、B两组分的选择因子两组分的选择因子 定义如下：定义如下：A AB Br rr rK KK KA At tB Bt t )()( A A为先流出的组分，为先流出的组分，B B为后流出的组分。为后流出的组分。注意：注意：K K 反映的是某一组分在两相间的分配；而反映的是某一组分在两相间的分配；而 是反映是反映两组分间的分离情况！当两组
17、分两组分间的分离情况！当两组分 K K 相同时，相同时， =1 =1 时，两时，两组分不能分开；当两组分组分不能分开；当两组分 K K 相差越大时，相差越大时， 越大，分离得越大，分离得越好。也就是说，两组分在两相间的分配系数不同，是色越好。也就是说，两组分在两相间的分配系数不同，是色谱分离的先决条件。谱分离的先决条件。 和和 K K 是计算色谱柱分离效能的重要参数！是计算色谱柱分离效能的重要参数！ 第一节第一节 引言引言凝胶色谱法是一种新型的液体色谱凝胶色谱法是一种新型的液体色谱(Gel Permeation ChromatographyGel Permeation Chromatograp
18、hy 简称 GPCGPC)别名：体积排除色谱别名：体积排除色谱(Size Exclusion Chromatography (Size Exclusion Chromatography 简称简称 SEC)SEC)凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱(Gel Filtration Chromatography (Gel Filtration Chromatography 简称简称GFC)GFC)等。等。从分离机理看，使用体积排除色谱从分离机理看，使用体积排除色谱(SEC)(SEC)较为确切。较为确切。 第一节第一节 引言引言19641964年由年由J. C. MooreJ. C. Moore首先研究成功首先
19、研究成功 (J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 19641964, 2(2): 835-843) 在总结前人经验的基础上，结合大网状结构离子交换在总结前人经验的基础上，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。凝胶渗透色谱技术。 第一节第一
20、节 引言引言主要特点主要特点 操作简便快捷、进样量小、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。数据可靠且重现性好、自动化程度高等。 应用领域应用领域 应用于聚合物分子量及其分布、聚合物的支化度、共聚应用于聚合物分子量及其分布、聚合物的支化度、共聚 物及共混物的组成、聚合物分级及其结构分析、高聚物中微物及共混物的组成、聚合物分级及其结构分析、高聚物中微 量添加剂的分析等。如果配以在线的绝对分子量检测器量添加剂的分析等。如果配以在线的绝对分子量检测器（如：（如：LALLSLALLS、Multi-Angle LSMulti-Angle LS、Dual-Angle LSDual-
21、Angle LS等），凝胶等），凝胶渗透色谱可以测定高聚物的绝对分子量。渗透色谱可以测定高聚物的绝对分子量。 第二节第二节 机理机理 当被分析的试样随着淋当被分析的试样随着淋洗溶剂引入柱子后，溶质分洗溶剂引入柱子后，溶质分子即向填料内部孔洞扩散。子即向填料内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的较小的分子除了能进入大的孔外，还能进入较小的孔；孔外，还能进入较小的孔；较大分子则只能进入较大的较大分子则只能进入较大的孔；而比最大的孔还要大的孔；而比最大的孔还要大的分子就只能留在填料颗粒之分子就只能留在填料颗粒之间的空隙中。因此，随着溶间的空隙中。因此，随着溶剂的淋洗，大小不同的分子剂的淋洗，大小不同
22、的分子就得到分离，较大的分子先就得到分离，较大的分子先被淋洗出来，较小的分子较被淋洗出来，较小的分子较晚被淋洗出来。晚被淋洗出来。 第二节第二节 机理机理VtV0ViVgVt: 色谱柱总体积色谱柱总体积 V0: 载体的粒间体积载体的粒间体积Vi: 载体内部的空洞体积载体内部的空洞体积 Vg: 载体的骨架体积载体的骨架体积溶剂分子：溶剂分子： V0中的溶剂称为流动相；中的溶剂称为流动相； Vi中的溶剂称为固定相中的溶剂称为固定相高分子：高分子：1) 体积比孔洞尺寸大，淋出体积即为体积比孔洞尺寸大，淋出体积即为V0; ; 2) 体积远小于所有孔洞体积，淋出体积即为体积远小于所有孔洞体积，淋出体积即
23、为V0 +Vi ; 3) 体积中等，淋出体积则大于体积中等，淋出体积则大于V0，小于，小于V0 +Vi. 第二节第二节 机理机理Ve: 溶质的淋出体积；溶质的淋出体积；K : 分配系数分配系数 (孔体积孔体积Vi中可以被溶质分子进入的部分与中可以被溶质分子进入的部分与Vi之比之比) 特别大的溶质分子：特别大的溶质分子：VeV0，K0； 特别小的溶质分子：特别小的溶质分子：VeV0Vi，K1 中等大小的溶质分子：中等大小的溶质分子：V0 Ve V0+Vi，0 K 1VeV0KViK =Ve - ViVi孔穴孔穴填充物填充物颗颗粒粒 大大 中中小小样样品品 第二节第二节 机理机理 溶质分子的体积越
24、小，其淋出体积越大。这种解释不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之间的吸附效应以及在流动相和固定相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，其淋出体积仅仅由溶质分子尺寸和载之间的分配效应，其淋出体积仅仅由溶质分子尺寸和载体的孔尺寸决定，分离完全时由于体积排除效应所至，体的孔尺寸决定，分离完全时由于体积排除效应所至，故称为体积排除机理。故称为体积排除机理。孔穴孔穴填充物填充物颗颗粒粒 大大 中中小小样样品品GPC柱柱 第二节第二节 机理机理Log (MW)排阻极限排阻极限渗透极限渗透极限GPC柱柱第二节第二节 机理机理GPC术语术语排阻极限排阻极限
25、排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子的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，排阻极限范围约在到分离。随固定相不同，排阻极限范围约在 400400至至606010106 6之间
26、。之间。渗透极限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。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。固定相的渗透极限和排阻极限之间。 第二节第二节 机理机理平均分子量计算公式平均分子量计算公式数均分子量数均分子量 重均分子量重均分子量 Hi： 峰高峰高 Mi：分子量：分子量Mw =S S Mi HiS S Hi Mn =S S HiS S (Hi / Mi)6.1.4 6.1.4 Measurement of MWDTheoriesReac
27、tions: terminal analysisThermodynamics of dilute solutions: colligative properties (boiling point elevation, freezing point depression, osmotic pressure)Kinetics: ultracentrifugal sedimentation, viscosity, volume exclusionOptical properties: scattering 第二节第二节 机理机理测定聚合物分子量的方法测定聚合物分子量的方法直接方法直接方法渗透压方法渗
28、透压方法 (for (for MnMn) )光散射方法光散射方法 (for Mw)(for Mw)粘度方法粘度方法 (for (for MvMv) )超速离心方法超速离心方法 (for (for MzMz) )间接方法间接方法GPC (for GPC (for MnMn, Mw and , Mw and MzMz) )用标准品进样得到分子量校正曲线，间接算出聚合物用标准品进样得到分子量校正曲线，间接算出聚合物样品的相对分子量。如和标准品结构不同，还需进行样品的相对分子量。如和标准品结构不同，还需进行相应的计算才能得到聚合物样品自身的分子质量。相应的计算才能得到聚合物样品自身的分子质量。第二节第
29、二节 机理机理为什么要用为什么要用GPC方法？方法？相对分子量分布相对分子量分布( (多分散性指数多分散性指数) )对聚合物的性质有重要影响对聚合物的性质有重要影响。在相对分子质量分布（多分散性指数）成为人们关注的热点在相对分子质量分布（多分散性指数）成为人们关注的热点后，经典方法却不能同时测定聚合物的相对分子质量分布。后，经典方法却不能同时测定聚合物的相对分子质量分布。凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱(GPC)(GPC)的应用改善了测试条件，并提供了可以同的应用改善了测试条件，并提供了可以同时测定聚合物的相对分子质量及其分布的方法，使其成为测时测定聚合物的相对分子质量及其分布的方法，使其成为测定高分
30、子相对分子质量及其分布最常用、快速和有效的技术定高分子相对分子质量及其分布最常用、快速和有效的技术。 6.2.1 6.2.1 HPLCDefinition High Performance Liquid ChromatographyAlso called high pressure liquid chromatographySmall particles of stationary phase: 10 mHigh pressure injection pumpsAutomatic detectors第二节第二节 机理机理泵泵进样进样器器色色谱谱柱柱柱温箱柱温箱检测检测器器THF, 氯氯仿仿,
31、DMF示差示差检测检测器器GPCGPC系统配置系统配置第二节第二节 机理机理Waters 1515型凝胶渗透色谱仪Mobile phase in GPCMobile phase pump auto-injector column(s) detector(s) data acquisitionTemperature controlMobile phase（solvents） organic solvents（THF、CHCl3、DMF ） water第二节第二节 机理机理GPCGPC色谱柱选择色谱柱选择按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系列按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系列THFTHF、氯仿
32、、氯仿、DMFDMF必须选择合适的溶剂来溶解聚合物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最好是处在校正曲线线性范围内Gel in GPCMobile phase pump auto-injector column(s) detector(s) data acquisitionTemperature controlKinds of gel in column crosslinked copolymer of St an
33、d DVB porous glass、porous silica、porous Al2O3 flexible material（聚醋酸乙烯酯凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、葡萄糖凝胶）Choice of gel (pore diameter)According to M第二节第二节 机理机理2)(16WVNR对于相同长度的色谱柱，对于相同长度的色谱柱，N值越大，意味着柱效率越高。值越大，意味着柱效率越高。分离度分离度R：2112-2WWVVR 式中，式中，V1，V2分别为对应于样品分别为对应于样品1和样品和样品2的两个峰值的淋的两个峰值的淋洗体积；洗体积；W1，W2分别为峰分别为峰1和峰和峰2的峰底宽。
34、的峰底宽。 显然，若两个样品达到完全分离，显然，若两个样品达到完全分离，R应等于或大于应等于或大于1，如，如果果R小于小于1，则分离是不完全的。，则分离是不完全的。第二节第二节 机理机理载体是载体是GPCGPC产生分离作用的关键产生分离作用的关键GPC GPC 仪器对载体的要求：仪器对载体的要求：1.1.良好的化学稳定性和热稳定性；良好的化学稳定性和热稳定性；2.2.有一定的机械强度有一定的机械强度3.3.不易变形不易变形; ; 4.4.流动阻力小流动阻力小 5. 5. 对试样没有吸附作用对试样没有吸附作用6.6.分离范围越大越好（取决于孔径分布分离范围越大越好（取决于孔径分布) )等等7.7
35、.载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱分离载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱分离效率愈高。效率愈高。Column in GPCMobile phase pump auto-injector column(s) detector(s) data acquisitionTemperature control uniform pore diameter different pore diameter 分子量范围已知，选择单一孔径；分子量范围未知，选择混合床柱得到精确的分子量分布探索分子量范围第二节第二节 机理机理评价色谱柱性能的两个重要参数评价色谱柱性能的两个重要参数柱效率柱效率N
36、 N：色谱柱的效率可借用色谱柱的效率可借用“理论塔板数理论塔板数”N N进行描述。进行描述。测定测定N N的方法：用一种相对分子量均一的纯物质，如邻二氯的方法：用一种相对分子量均一的纯物质，如邻二氯苯、苯甲醇、乙腈、苯等，作苯、苯甲醇、乙腈、苯等，作GPCGPC测定，得到色谱峰，从图测定，得到色谱峰，从图上可以求得从样品加入到出现峰顶位置的淋洗体积上可以求得从样品加入到出现峰顶位置的淋洗体积V VR R，以及，以及由峰的两侧曲线拐点出作出切线与基线所截得的基线宽度即由峰的两侧曲线拐点出作出切线与基线所截得的基线宽度即峰底宽峰底宽W W，然后按照下式进行计算，然后按照下式进行计算N N： 2)(
37、16WVNR6.2.1 6.2.1 Detectors in in HPLCInstrumentationScattering / ViscosityMobile phase pump auto-injector column(s) detector(s) data acquisitionTemperature controlDetectorsConcentration: refraction, UVLight GPC系统之温度控制系统之温度控制Mobile phase pump auto-injector column(s) detector(s) data acquisitionTempe
38、rature control柱温控制 environment temperature less than 50 C highest control temperature less than 150 C different solvents, different temperature（THF:35 C , DMF:85 C ）6.2.3 6.2.3 Separation MechanismsEquilibrium exclusion theory: suitable for most situations Limited diffusion theory: high flow velocit
39、yFlow separation theory: very high flow velocity第二节第二节 机理机理标样标样聚苯乙烯聚苯乙烯(PS(PS，溶于各种有机溶剂，溶于各种有机溶剂) )聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(PMMA)聚环氧乙烷聚环氧乙烷 (PEO(PEO，也叫聚氧化乙烯，溶于水，也叫聚氧化乙烯，溶于水) )聚乙二醇聚乙二醇(PEG(PEG，溶于水，溶于水) )(PEO(PEO与与PEGPEG的碳链骨架相同，但是的碳链骨架相同，但是其合成原料和封端其合成原料和封端不同，由于原料的性质，使其产物的分子量和结构不同，由于原料的性质，使其产物的分子量和结构都有一定的
40、区别。都有一定的区别。PEOPEO常是指一端为甲基封端，一端常是指一端为甲基封端，一端为羟基封端的聚环氧乙烷，而为羟基封端的聚环氧乙烷，而PEGPEG一般是两端都是羟一般是两端都是羟基封端的聚乙二醇。基封端的聚乙二醇。) ) 第二节第二节 机理机理校正曲线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逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的关系IDTimeMW114.797853000215.559380000316.239186000416.888100000517.47648000618.03223700718.49512200819.005580015.016.017.018.
41、0min4.04.55.05.56.0log(M.W.)12345678第二节第二节 机理机理普适校正法普适校正法用一种高聚物标样做校正曲线，常用聚苯乙烯用一种高聚物标样做校正曲线，常用聚苯乙烯样品结构可以与标样不一样，并且可以有支链样品结构可以与标样不一样，并且可以有支链样品及标样在流动相溶剂中的样品及标样在流动相溶剂中的K K和和值必须己知值必须己知 可以用粘度法来测定可以用粘度法来测定K K和和的值的值第二节第二节 机理机理普适校正法普适校正法GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。根据。根据Einstein粘度关系：粘度关系：MN
42、V / 5 .2为特性粘度；为特性粘度；vv表示聚合物链等效的流体力学体积；表示聚合物链等效的流体力学体积；N N为阿佛加德罗常数；为阿佛加德罗常数；M M为聚合物分子量。为聚合物分子量。根据上式可用根据上式可用 MM表示流体力学体积。表示流体力学体积。第二节第二节 机理机理普适校正法普适校正法GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。根据。根据Einstein粘度关系：粘度关系：MNV / 5 .2为特性粘度；为特性粘度；vv表示聚合物链等效的流体力学体积；表示聚合物链等效的流体力学体积；N N为阿佛加德罗常数；为阿佛加德罗常数；M M为
43、聚合物分子量。为聚合物分子量。根据上式可用根据上式可用 MM表示流体力学体积。表示流体力学体积。第二节第二节 机理机理当样品与标样有相同的淋洗体积时，下式成立：当样品与标样有相同的淋洗体积时，下式成立： 式中下标式中下标1 1为标样参数，为标样参数，2 2为样品参数。为样品参数。将将Mark-Mark-HouwinkHouwink方程方程(=KM(=KM) )代入，即得到：代入，即得到：从而得出：从而得出： 2211MM21122111MKMK2121212lg11lg11lgKKMM第二节第二节 机理机理GPCGPC标样配制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，其由于凝胶色谱
44、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，浓度太大易发生一方面色谱柱的负荷量是有限的，浓度太大易发生“超超载载”现象。现象。一般情况下，进样浓度按分子质量大小的不同在一般情况下，进样浓度按分子质量大小的不同在0.050.050.5%0.5%（质量分数）（质量分数）范围内配置。分子质量越大，溶液浓范围内配置。分子质量越大，溶液浓度越低。度越低。标样配制应该严格按照标样说明书进行。通常室温静置标样配制应该严格按照标样说明书进行。通常室温静置1212小时以上，然后轻轻混匀。绝对不能
45、超声或者剧烈振小时以上，然后轻轻混匀。绝对不能超声或者剧烈振荡来加速溶解。荡来加速溶解。溶液进样前应先经过溶液进样前应先经过过滤过滤，以防止固体颗粒进入色谱柱，以防止固体颗粒进入色谱柱内，引起柱内堵塞，损坏色谱柱。内，引起柱内堵塞，损坏色谱柱。第二节第二节 机理机理GPCGPC标样配制标样配制分子量范围分子量范围 样品浓度样品浓度低于低于5,000 1.0%5,00025,000 0.5%25,000200,000 0.25%200,0002,000,000 0.1%高于高于2,000,000 0.05%第三节第三节 应用应用1 1）高分子与低分子同时测定）高分子与低分子同时测定由于小分子和高
46、分子的流体力学体积相差较大，因而由于小分子和高分子的流体力学体积相差较大，因而GPCGPC可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GPCGPC可以同时看到三个区域：可以同时看到三个区域：A:A:高分子高分子 B:B:添加剂和齐聚物添加剂和齐聚物C C：未反应的单体和低分子的污：未反应的单体和低分子的污染物如水。染物如水。第三节第三节 应用应用环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析普通双酚普通双酚A A型的环氧树脂有很宽的分子量范围，包括低分子量型的环氧树脂有很宽的分子量范围，包括低分子量的，中等分子量
47、的，高分子量的产品。的，中等分子量的，高分子量的产品。GPCGPC能快速可靠的鉴别能快速可靠的鉴别不同类型环氧树脂的分子量特性。下图是三种不同分子量的不同类型环氧树脂的分子量特性。下图是三种不同分子量的GPCGPC谱图，图上数字代表不同的聚合度谱图，图上数字代表不同的聚合度n n，树脂和齐聚物的峰，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。形特征可用作指纹图，以区别不同厂家和批号的产品。第三节第三节 应用应用第三节第三节 应用应用高分子材料中小分子的定性鉴别高分子材料中小分子的定性鉴别和其他色谱方法一样，和其他色谱方法一样，GPCGPC也可以用保留体积来鉴别或分离后也可以
48、用保留体积来鉴别或分离后用用IRIR等方法鉴定中小分子物质。这里介绍一种便利方法。如等方法鉴定中小分子物质。这里介绍一种便利方法。如果能预测某未知峰属于某种化合物，则将该化合物加入该试果能预测某未知峰属于某种化合物，则将该化合物加入该试样中，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。是该物质。第三节第三节 应用应用2 2）在高分子材料生产过程中）在高分子材料生产过程中的检测的检测丁苯橡胶在塑炼时分子量丁苯橡胶在塑炼时分子量分布的变化分布的变化在塑炼过程中定时取样分析，在塑炼过程中定时取样分析，结果如图，随时间的增加，结果如图，随
49、时间的增加，高分子量组分裂解增加，高分子量组分裂解增加，GPCGPC曲线向低分子量方向移动，曲线向低分子量方向移动，经过经过25min25min以后，高分子量组以后，高分子量组分几乎完全消失。如果塑炼分几乎完全消失。如果塑炼的目的就是消除该组分，那的目的就是消除该组分，那么么25min25min足够了。通过足够了。通过GPCGPC数数据可以帮助工作人员确定塑据可以帮助工作人员确定塑炼时间。炼时间。第三节第三节 应用应用 控制聚合反应的终控制聚合反应的终点点用用GPCGPC对聚合物进行中对聚合物进行中间反应分析，使生产人间反应分析，使生产人员能在达到预定的单体员能在达到预定的单体/ /聚合物后即
50、时中止反聚合物后即时中止反应。应。第三节第三节 应用应用3 3）高分子材料老化过程研究）高分子材料老化过程研究用用GPC可以研究高分子材料在使用过程中的老化，以可以研究高分子材料在使用过程中的老化，以HDPE为例，必为例，必需加适量抗氧剂。需加适量抗氧剂。第三节第三节 应用应用4 4）高分子支化度的测定）高分子支化度的测定 表征高分子的支化度的参数，常用的是支化因子表征高分子的支化度的参数，常用的是支化因子g g半径线形高分子的均方旋转高分子的均方旋转半径2222lblbSSSSg显然对于相同分子量的高分子显然对于相同分子量的高分子 所以支化程度所以支化程度越大，越大，g g越小越小22lbS
