GPC原理及应用.ppt

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1、凝胶渗透色谱法GPC1. 凝胶渗透色谱（凝胶渗透色谱（GPC）：测定高分子材料的分子量及其分布的最常用、）：测定高分子材料的分子量及其分布的最常用、快速和有效的方法。快速和有效的方法。GPC是柱液相色谱。是柱液相色谱。 由于由于GPC和和HPLC都是液固色谱，除了柱子不同外仪器的其他部分可都是液固色谱，除了柱子不同外仪器的其他部分可以通用；两者机理不同，因而结果有很好的互补性。以通用；两者机理不同，因而结果有很好的互补性。测定测定：（：（1）高聚物的分子量及分布；高聚物的分子量及分布； （2）高分子材料内小分子物质的测定、支化度等某些结构分析；）高分子材料内小分子物质的测定、支化度等某些结构分

2、析； （3）作为分离手段，进行级分的定性和定量检测。）作为分离手段，进行级分的定性和定量检测。凝胶渗透色谱法GPC一、基本原理和实验技术一、基本原理和实验技术GPC以以体积排除体积排除为主要原理。为主要原理。GPC的核心部件：色谱柱内装有多孔性填料（称为凝胶），凝胶的表面和的核心部件：色谱柱内装有多孔性填料（称为凝胶），凝胶的表面和内部有各种大小不同的孔洞和通道。当被分析的样品随着淋洗溶剂引人柱内部有各种大小不同的孔洞和通道。当被分析的样品随着淋洗溶剂引人柱子后，溶质分子即向填料内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大孔外，子后，溶质分子即向填料内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大孔外，还能进人较

3、小的孔；较大的分子则只能进人较大的孔；而比最大的孔还要还能进人较小的孔；较大的分子则只能进人较大的孔；而比最大的孔还要大的分子就只能留在填料颗大的分子就只能留在填料颗粒之间的空隙中。从渗透的粒之间的空隙中。从渗透的深度来说，较小的分子能渗深度来说，较小的分子能渗人孔洞更深的内部。人孔洞更深的内部。因此，随着溶剂的淋洗，因此，随着溶剂的淋洗，大小不同的分子就得到分离，大小不同的分子就得到分离，较大的分子先被淋洗出来，较大的分子先被淋洗出来，较小的分子较后被淋洗出来。较小的分子较后被淋洗出来。分离的基础主要根据溶液中分子体积分离的基础主要根据溶液中分子体积（即流体力学体积）的大小。（即流体力学体积

4、）的大小。凝胶渗透色谱法GPC（二）仪器和实验技术（二）仪器和实验技术仪器组成：仪器组成： 输液系统（柱塞泵）输液系统（柱塞泵） 进样器进样器 色谱柱色谱柱 浓度检测器浓度检测器 分子量检测器分子量检测器凝胶、溶剂凝胶、溶剂凝胶渗透色谱法GPC（二）仪器和实验技术（二）仪器和实验技术1色谱柱（色谱柱（Water Styragel 为例，不锈钢，内径为例，不锈钢，内径8mm，长度，长度400mm） (1) 凝胶凝胶 GPC凝胶可分为有机凝胶与无机凝胶两大类。凝胶可分为有机凝胶与无机凝胶两大类。 有机凝胶：有机凝胶： 苯乙烯苯乙烯二乙烯苯共聚得到的交联聚苯乙烯凝胶。二乙烯苯共聚得到的交联聚苯乙烯凝

5、胶。特点是孔径分布宽，分离范围大，适用于非极性有机溶剂。三个系列特点是孔径分布宽，分离范围大，适用于非极性有机溶剂。三个系列柱的凝胶颗粒分别为柱的凝胶颗粒分别为5、10和和20um，分别用于测定低、中和超高分，分别用于测定低、中和超高分子量的高分子。子量的高分子。 无机凝胶：无机凝胶： 最常用改性多孔硅胶。最常用改性多孔硅胶。主要特点是适用范围广（包括极性和非极性溶剂）、尺寸稳定性好、主要特点是适用范围广（包括极性和非极性溶剂）、尺寸稳定性好、耐压、易更换溶剂、流动阻力小，缺点是吸附现象比聚苯乙烯凝胶严耐压、易更换溶剂、流动阻力小，缺点是吸附现象比聚苯乙烯凝胶严重。重。凝胶渗透色谱法GPC（二

6、）仪器和实验技术（二）仪器和实验技术1色谱柱色谱柱 (2) 溶剂溶剂 四氢呋喃在室温下能溶解许多高分子，是最常用的四氢呋喃在室温下能溶解许多高分子，是最常用的GPC溶剂。溶剂。 三氯苯多用于高温下测定，操作温度三氯苯多用于高温下测定，操作温度135，适用于聚乙烯、聚丙烯、，适用于聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁睛橡胶等。乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁睛橡胶等。凝胶渗透色谱法GPC（二）仪器和实验技术（二）仪器和实验技术2.浓度检测器浓度检测器 示差折光和紫外吸收检测器是最常用。还有红外、电导和介电常数等。示差折光和紫外吸收检测器是最常用。还有红外、电导和介电常数等。示差折光检测器（示差折光检测器

7、（RI）：利用溶液与溶剂之间折射率之差来测定浓度的。：利用溶液与溶剂之间折射率之差来测定浓度的。优点是：通用性强，只要溶质与溶剂有折射率差别就可以应用。优点是：通用性强，只要溶质与溶剂有折射率差别就可以应用。紫外吸收检测器（紫外吸收检测器（UV）：）：有较强的选择性，它要求溶剂不能有紫外吸收，有较强的选择性，它要求溶剂不能有紫外吸收，比如四氢比如四氢呋呋喃必须完全除掉阻聚剂喃必须完全除掉阻聚剂2,6二叔丁基对甲酚后才能使用。测定二叔丁基对甲酚后才能使用。测定时，波长常固定在一个单一值时，波长常固定在一个单一值（如（如254nm或或280nm）。）。有时利用双检测器，通过比较有时利用双检测器，通

8、过比较RI和和UV的检测结果，可对组成鉴定提供帮助。的检测结果，可对组成鉴定提供帮助。丁苯橡胶型粘合剂的紫外检测的丁苯橡胶型粘合剂的紫外检测的GPC图上，图上，可明显观察到两个可明显观察到两个RI检测不明显的峰，检测不明显的峰，说明其中含有具有强紫外吸收基团的添加剂。说明其中含有具有强紫外吸收基团的添加剂。凝胶渗透色谱法GPC（二）仪器和实验技术（二）仪器和实验技术 3.分子量检测器分子量检测器 分子量检测器主要有激光小角光散射检测器和自动粘度检测器两种。分子量检测器主要有激光小角光散射检测器和自动粘度检测器两种。（1）激光小角光散射）激光小角光散射(LALLS）检测器）检测器，通过测定散射光

9、强来计算分子量，通过测定散射光强来计算分子量，是测定分子量的绝对方法。是测定分子量的绝对方法。特点：快速精确。激光准直性好而不必进行角度外推（可在特点：快速精确。激光准直性好而不必进行角度外推（可在2o测定），光强测定），光强度大而不必进行浓度外推（可稀释至度大而不必进行浓度外推（可稀释至10-410-6g/ml），样品池体积小），样品池体积小（10l）而简化了除尘操作，有可能与）而简化了除尘操作，有可能与GPC联用。联用。（2）自动粘度检测器：）自动粘度检测器：是利用毛细管两端压力降的测定来求得分子量，它是利用毛细管两端压力降的测定来求得分子量，它仍是测定分子量的相对方法。仍是测定分子量的相

10、对方法。凝胶渗透色谱法GPC（三）数据处理（三）数据处理 如果如果GPC仪没有连接分子量检测器，则仪没有连接分子量检测器，则GPC谱图的横坐标不是分谱图的横坐标不是分子量，而是保留体积子量，而是保留体积Ve（或时间），纵坐标是浓度检测器讯号（或时间），纵坐标是浓度检测器讯号H。凝胶渗透色谱法GPC（三）数据处理（三）数据处理1. 校准曲线校准曲线 Ve与分子量与分子量M之间有如下线性关系：之间有如下线性关系：首先用一组已知分子量的单分散（或窄分布）样品作标样，首先用一组已知分子量的单分散（或窄分布）样品作标样，做出做出lgMVe校准曲线校准曲线,然后从直线部分得到校准方程。然后从直线部分得到校

11、准方程。11凝胶渗透色谱法GPC（三）数据处理（三）数据处理2. 普适校准曲线普适校准曲线 普适校准曲线首先普适校准曲线首先由由Benoit 于于1967年发年发现并证明。普适校准曲现并证明。普适校准曲线显示对于一个非常宽线显示对于一个非常宽范围内的高分子结构，范围内的高分子结构，当考虑了特性粘度的信当考虑了特性粘度的信息后，其洗脱时间都遵息后，其洗脱时间都遵循普适校准曲线的描述。循普适校准曲线的描述。凝胶渗透色谱法GPC（三）数据处理（三）数据处理3. 平均分子量平均分子量 定义法定义法将谱峰下的将谱峰下的Ve分成若干等分，分成若干等分，则各点的重量分数则各点的重量分数Wi=Hi/Hi。根据

12、分子量的定义：根据分子量的定义：凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测定（一）高分子和低分子的同时测定 由于小分子与高分子的流体力学体积相差甚远，因而用由于小分子与高分子的流体力学体积相差甚远，因而用GPC可同时分析可同时分析而不必预先分离。而不必预先分离。 高分子材料的高分子材料的GPC谱图可明显看到三个区域：谱图可明显看到三个区域： A区为高分子；区为高分子；B区为添加剂和齐聚物；区为添加剂和齐聚物；C区为未反应的单体和低分子区为未反应的单体和低分子量污染物如水等。量污染物如水等。凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测定（一）高分子和低分

13、子的同时测定1.聚氯乙烯中树脂和增塑剂的同时分析聚氯乙烯中树脂和增塑剂的同时分析UV和和RI检测结果不同：检测结果不同：UV结果：说明两种结构都是含芳环的，结果：说明两种结构都是含芳环的，而不是脂肪族类增塑剂。而不是脂肪族类增塑剂。RI检测结果：综合而全面。检测结果：综合而全面。可以对比二者结果进行可以对比二者结果进行定量分析。定量分析。DOP邻苯二甲酸二辛酯邻苯二甲酸二辛酯DBP邻苯二甲酸二丁酯邻苯二甲酸二丁酯15凝胶渗透色谱法GPC16凝胶渗透色谱法GPC凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测定（一）高分子和低分子的同时测定 2.环氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析环

14、氧树脂中树脂和齐聚物的同时分析凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测定（一）高分子和低分子的同时测定 2.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高效液相色谱高效液相色谱HPLC对齐聚物的分离效果比对齐聚物的分离效果比GPC好，可分离出聚合度为好，可分离出聚合度为20的组分。的组分。因为吸附性不同，齐聚物先于高分子量树脂被淋洗出来，这点与因为吸附性不同，齐聚物先于高分子量树脂被淋洗出来，这点与GPC相反。相反。凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（二）高分子的测定（二）高分子的测定 3. 控制聚合反应终点控制聚合反应终点用用GPC对聚合反应进行

15、中间控制分析，在达到预定的单体聚合物比后及对聚合反应进行中间控制分析，在达到预定的单体聚合物比后及时终止反应，以节省生产时间。时终止反应，以节省生产时间。凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（二）高分子的测定（二）高分子的测定4. 聚合反应过程的控制分析聚合反应过程的控制分析 GPC可用于跟踪缩聚过程，确定终止聚合的最佳时间。可用于跟踪缩聚过程，确定终止聚合的最佳时间。聚酯：聚酯：凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（二）高分子的测定（二）高分子的测定 5. 高分子材料老化过程的研究高分子材料老化过程的研究高分子材料在受到光、热、氧、臭氧和微生物等作用，会产生断链、交联等反应。高分子材料在受到

16、光、热、氧、臭氧和微生物等作用，会产生断链、交联等反应。用用GPC可以观察材料的老化过程，研究老化机理。可以观察材料的老化过程，研究老化机理。22凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（三）（三）GPC和其他技术的联用和其他技术的联用GPC与其他测试技术联用，对其分离出的各组分进一步分析。与其他测试技术联用，对其分离出的各组分进一步分析。 1GPC-IR或或GPC-NMR级分的定性鉴别和结构分析级分的定性鉴别和结构分析对对GPC分离出的级分进行红外光谱检测是常用的方法。分离出的级分进行红外光谱检测是常用的方法。(1)GPC与与NMR联用，能给出组成、立体构型等随分子量变化的重要信息联用，能给出组

17、成、立体构型等随分子量变化的重要信息.凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（三）（三）GPC和其他技术的联用和其他技术的联用3GPC-MALLS旋转半径与分子量关系的研究旋转半径与分子量关系的研究激光小角光散射（激光小角光散射（LALLS）：可检测绝对分子量，但只测一个角度。）：可检测绝对分子量，但只测一个角度。多角度激光光散射（多角度激光光散射（MALLS）：在不同角度测定散射光强，就能在已知分子量的情）：在不同角度测定散射光强，就能在已知分子量的情况下求出均方旋转半径。况下求出均方旋转半径。用用GPC-MALLS联用仪：测定旋转半径联用仪：测定旋转半径分子量的关系。分子量的关系。凝胶渗透色谱法GPC二、应用二、应用（三）（三）GPC和其他技术的联用和其他技术的联用3GPC MALLS旋转半径与分子量关系的研究旋转半径与分子量关系的研究