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凝胶色谱实验讲义
凝胶渗透色谱在聚合物研究中的应用
一、目的要求
1. 掌握凝胶渗透色谱(GPC,gel permeation chromatography)的工作原理并了解其构造。
2. 掌握凝胶渗透色谱仪的基本操作及数据处理方法。
3. 利用凝胶渗透色谱仪测定聚合物的分子量及其分布。
二、原理及仪器构造
。
GPC是一种特殊的液相色谱,所用仪器与高效液相色谱仪类似,但是其色谱柱中的填充相与液相色谱不同,其填充相是具有不同比表面积,孔径分布和孔容的凝胶填料(如葡萄糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、聚苯乙烯凝胶、琼脂糖凝胶等)。GPC的分离过程是基于分子筛效应而进行的。聚合物中分子量小的分子在溶液中的流体力
学体积较小因而能够在凝胶颗粒内的孔隙中自由地扩散,
但随着分子量的增加其在溶液中的流体力学体积也逐渐增
大,当增大到与凝胶中孔隙的尺寸大小相当时,便不能顺
利进入到凝胶的内部,分子量更大时便完全不能扩散到凝
胶颗粒的内部。如图1所示:
根据这一分子筛效应,可以按照分子尺寸大小的差别
来进行分离,而有机聚合物的分子尺寸大小又与分子量成图 1
正相关,也就是说根据这一效应可以将聚合物分子按照分子量大小的差别来进行分离。
当一个聚合物样品被注入色谱柱时,试样溶液流经凝胶固定相颗粒,其中分子尺寸较大的不能进入凝胶孔隙,既被固定相排斥。因此这些分子便直接流出色谱柱,而他们的色谱峰便最先在色谱图上出现。另外,样品中尺寸最小的分子则能够进入固定相中所有的孔隙并浸入到整个颗粒内部,于是它们通过色谱柱最慢,保留时间最长,其色谱峰在谱图上出现最晚,而中等尺寸的分子只能够进入固定相中部分较大的孔隙,因而以中等流速流过色谱柱。这样便按照分子尺寸的大小,按从大到小的顺序实现了样品中各组分的分离。如图2
所示:
图 2
1
GPC的实验方法是先利用同一组分已知分子量的窄分散性(Mw/Mn≤)聚合物标准试样,在与未知试样相同的条件下得到一系列GPC谱图。然后以标准样的峰位置Ve(Ve被测标样的洗脱体积)对lgM作图,得到校正曲线,从而建立处理方法。然后根据未知样的Ve得到对应的分子量信息。由于大多数的聚合物标样不易获得,通常情况下使用窄分散性的聚苯乙烯作为标准样来获得校正曲线,当被测样品与标准样具有相同或相近的化学结构组成时得到的分子量信息与真实值更为接近,当被测样品与标准样的化学结构组成有偏差时得到的分子量信息仅具有相对意义,且结构组成偏差越大分子量信息与真实值的偏差也越大。
此外从聚合物的GPC曲线的形状(对称、不对称、单峰、双峰等)我们可以粗略地得知该聚合物样品的分子量分布情况,GPC峰的峰宽则可大致反映聚合物的多分散性。通过计算处理(以标准曲线为参考,电脑程序自动完成),可以得到聚合物的数均分子量Mn、重均分子量Mw和z均分子量Mz,进而得到聚合物的多分散性系数d,由此可以获得关于聚合物的多种定性信息。 2. 凝胶渗透色谱仪的基本构造。
GPC仪的组成主要由泵系统、进样系统、凝胶色谱柱、检测系统和数据采集与处理系统这几部分组成。
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