凝胶渗透色谱GPCPPT精选文档

1、 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 2007年4月12日顾好粮 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l凝胶渗透色谱的回顾l凝胶渗透色谱的任务l凝胶渗透色谱的原理l凝胶渗透色谱的特点l凝胶渗透色谱的仪器组成l影响凝胶渗透色谱数据置信度的因素l凝胶渗透色谱的发展 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 凝胶渗透色谱GPC（Gel Permeation Chromatography） 也称作体积排斥色谱SEC

2、(Size Exclusion Chromatography)是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔树脂) 作为分离介质的液相色谱法。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。 绿绵巨贸绿绵巨贸

3、jJ J2 2 Scientific Scientific 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 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l大分子的性质分子量及其分布化学组成(Chemical Composition)化学结构(Chemical Structure)组装结构(Architecture) 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 M = 单体的数量单体的数量 单体的分子量单体的分子

4、量l分子量 M 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific CH2 CH2 聚乙烯单体 A CH CH2 聚丙烯单体 BCH3 A A A A A A A A A 聚乙烯 B B B B B B B B B 聚丙烯 A B A B A A B B 聚乙烯-聚丙烯共聚物A，% 化学组成化学组成l化学组成 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific A 聚乙烯单体，B 聚丙烯单体 A A B A B A A B B 随机共聚物(random copolymer) A A A A B B B B B 嵌段共聚物(大块，block cop

5、olymer) A B A B A B A B A 交替共聚物(alternating copolymer) 平均序列长度平均序列长度l化学结构 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific LINEARBRANCHED C6 长链B：支化频率支化频率( (branching frequency) ) = 每每1000个碳原子的个碳原子的支化数支化数l组装结构(Architecture) 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific STAR-SHAPEDf - number of armsl组装结构(Architecture) 绿绵

6、巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l可用分子参数的分布及这些分布的统计数据来表示聚合物样品的性质l最重要的聚合物分布：分子量分布lMolecular Weight Distribution MWD化学组成分布lChemical Composition Distribution CCD 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 分子量分布分子量分布增加分子量PD = Mw / Mn 增加浓度 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l用GPC测得的不同种平均分子量可对应于其他仪器所测的值：

7、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(Ultracentrifuge)Mw/Mn：为多分散性(Polydispersity) MnMvMwMzMz+1 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 性质/工艺参数 随MW增加冲击强度 融化粘度 加工温度 脆性 拉伸能力(纤维) 融流l分子量的影响，定性关系 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l分子量的影响Mn 与流动性质有关Mw 与强度性质有

8、关，例如张力及抗冲击力Mz 与延伸及柔韧性有关MZ+1 与挤出膨胀(die swell)有关l挤出膨胀发生在材料从模具中挤出时塑料发生膨胀 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 2700180C下的拉伸强度190050,000160,000分子量 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 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分子尺寸大小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

9、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 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 有机有机 GPC 介质介质 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 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific Pore Structure Defines Res

10、olving Range 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific Mn=1/i(Ci/Mi) Mw=i(CiMi)Ci normalized concentration of slice iMi molecular weight of slice iMi Mwnumber = numberweight = weightCiLog MM

11、nl分子量平均值 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific wn1zzw1MMD M4x M3xM2x 1x nxxMNiMiNiMi 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 分子量分布分子量分布增加分子量PD = Mw / Mn 增加浓度 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l使使GPCGPC检测处在一个温度稳定的环境检测处在一个温度稳定的环境l降低流动相黏度，使得谱柱内部溶剂处于接近理想的降低流动相黏度，使得谱柱内部溶剂处于接近理想的GPCGPC状态状态（如（如Polyethyle

12、ne Polyethylene Terphthalate Terphthalate m-Cresol + 0.05 m m-Cresol + 0.05 m LiBr/100 LiBr/100 C C）l尽量减轻分子间的弱相互作用（样品分子间、样品和溶剂分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）子间、填料和样品分子间等）l使难于溶解的样品得以溶解（如聚烯烃使难于溶解的样品得以溶解（如聚烯烃PEPPPEPP、工程塑料、工程塑料PPSPPS等）等） 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 溶剂（中文）溶剂（英文）极性黏度 （c

13、P）沸点 （）己烷Hexane7.30.3386环己胺Cyclohexane8.2181甲苯Toluene8.90.59110乙酸乙酯Ethyl acetate9.10.4577四氢呋喃Eetrahydrofuran9.10.5566氯仿Chloroform9.30.5761甲乙酮Methyl ethyl ketone9.30.480二氯甲烷Dichloromethane9.70.3940二氯乙烷Dichloroethane9.80.7983丙酮Acetone9.90.3256二氯苯Dichlorobenzene101.26180三氯苯Trichlorobenzene101.89213间甲苯酚

14、m-Cresol10.216.9202临氯酚o-Chlorophenol10.24.11175二甲基乙酰胺Dimethyl acetamide10.80.77166氮甲基吡咯烷酮n-Methyl pyrrolidone11.31.65202二甲基亚砜Dimethyl sulphoxide121.1189二甲基甲酰胺Dimethyl formamide12.10.9153六氟乙丙醇Hexafluroisopropanol12.21.0258 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific lPolyisobutylenelPolybutylenelChlorinate

15、d RubberlPolybutadienelPolyisoprenelPolydimethylsiloxanelChlorinated PolyethylenelPolyethylene EthylacrylatelPolyethylene VinylacetonelPolyethylene Methacrylic acidlPolyphenyleneoxidelPoly-4-methylpentene(1)lPolyethylenelUltra-high Molecular Weight PolyethylenelPolypropylenelPolyetheretherketonelPol

16、yetherketoneTolueneToluene/75 CTCB/135 - 160 CTCB/135 - 160 CPhenol/TCB 1:1/145 C 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific lMelamine FormaldehydelNylon (All types)lPolybutylene Terphthalate(PBT)lPolyethylene Terphthalate(PET)lPoly Acrylonitrile(聚丙烯睛)lABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)lASA (Acrylic S

17、tyrene AcrylonitrilelABA (Acrylonitrile Butdiene Acrylate)lCarboxymethyl CelluloselABS/PolycarbonatelPolybutadiene AcrylonitrilelPolyurethanelPolyacetallPolyoxymethylenelPolyimidelPolyamide imidelPolyetherimidelPolyethersulfonelPolyvinyldienefluoridelPolyfuran FormaldehydeHexafluoroisopropanol + 0.0

18、75 MSodium Trifluoroacetate/55 Corm-Cresol + 0.05 m LiBr/100 CDMF + 0.05 m LiBr/85 CDMF + 0.05 m LiBr/145 CN-Methyl Pyrrolidone+ 0.05 m LiBr/100 CDimethylacetamide/60 C 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific lPolycarbonatelPolyglycolic acidlAcrylonitrile MethylmethacrylatelCellulose AcetatelCellulose

19、 Acetate ButyratelCellulose Acetate ProprionatelCellulose NitratelCellulose ProprionatelCellulose TriacetatelDiallyl PhthalatelEthyl CelluloselEpoxylPolyester AlkydlPolybutene(1)lPolybutadiene StyrenelPhenol FormaldehydelPhenol FurfurallPolymethylmethacrylatelPolypropyleneglycollPolystyrenelPolysulf

20、onelPolyvinylacetatelPolyvinylbutyrallPolyvinylchloridelPolyvinylchloride AcetatelPolyvinyldienechloridelPolyvinylformallPolystyrene AcrylonitrilelPolystyrene AlphamethylstyrenelPolyester ThermosetlPhenolicslRosin AcidslPolyglycolic AcidMethyl Chloridegamma-Butyl LactoneTHF/40 C 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scie

21、ntific Scientific 实验所需时间可以预知整个洗脱过程用恒定比例的淋洗液，不能用梯度洗脱一般情况下试样能溶解就能测定，减少了用于摸索实验条件所需的时间组分的保留时间提供其分子尺寸的信息以时间顺序流出的级份进行分级收集就得到了目标分子量的样品可以进一步分析（GPC cleanup） 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific InOutSR缓冲柱色谱柱溶剂输送系统在线脱气放空阀加热废液管儿示差折光检测器恒温区废液溶剂进样阀柱温箱预热板 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific InOutSR缓冲柱色谱柱溶剂输送系统在

22、线脱气放空阀加热废液管儿示差折光检测器恒温区废液溶剂进样阀柱温箱预热板 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific LEDLED MaskCollimating LensLED LensFlowcellMirror MaskPhotodetectorMirror 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific Temp.(Deg C)18.519.019.520.0MV-1.000.001.002.00Minutes51015202530354045505560657075实验室温度波动对实验室温度波动对RI检测器基线的影响检测器基线

23、的影响Mobil Phase Methanol 0.25/mL minuteDetector Temp 35 CNo Column Heater UsedRoom TemperatureRI Baseline 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 准确控温的柱温箱容纳了进样系统、 色谱柱 和各种检测器带温控的输液单元包含溶剂瓶泵和脱气机 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l紫外检测器（浓度型）l粘度检测器（分子量型）l多角激光光散射检测器（

24、分子量型）l红外接口（特征基团型为测量短链支化） 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l输液系统的影响l样品制备对结果的影响l进样系统的影响l柱温变化带来的的影响l色谱柱性能带来的的影响l检测器的影响l流动相带来的的影响 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l高流速精度是获得重现性GPC结果的基础l微小的流速误差会导致分子量计算的很大误差l使用参考峰(Flow Markers)的技术可校正流速误差 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 固态固态 ( (半结晶半结晶) )液态液态

25、 ( (稀溶液稀溶液) ) 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l溶剂必须聚合物链打开成最放松的状态l允许充分的时间让链展开有些聚合物需要大于3小时l分子量及结晶度愈大，所需真正溶解的时间就俞多l某些结晶的聚合物需要加热 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l除非该样品可能会有剪切效应发生，聚合物溶液必须过滤l为了增加样品的溶解，可轻微扰动（不要剧烈摇动或用超声）l窄分布标样不必过滤，高分子量标样也不要剧烈摇动l可使用在线过滤器，但是不推荐使用保护柱 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scien

26、tific Sample PE-150C-2h Sample PE-150C-4h Sample PE-160C-2h Sample PE-160C-4h Sample PE-170C-2h Sample PE-170C-4h Minutes16.017.018.019.020.021.022.023.024.025.0150 C170 C 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific Sample PE-150C-2h Sample PE-150C-4h Sample PE-160C-2h Sample PE-160C-4h Sample PE-170C-2h

27、Sample PE-170C-4h Minutes16.017.018.019.020.021.022.023.024.025.026.027.028.0带示差检测器的色谱图 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 123456% RSDSampleMPMnMwMzPE-150C-2hPE-150C-4hPE-160C-2hPE-160C-4hPE-170C-2hPE-170C-4h5232352872533345341453731537221.02676825851250422628925163259372.527832827275820487018460

28、716245216265824.9167248941533893611825310527066866284562449885.7平均分子量 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l40 瓶位样品盘瓶位样品盘l2ml 玻璃瓶卷边压紧铝瓶盖玻璃瓶卷边压紧铝瓶盖l优先进样的样品缓慢搅拌优先进样的样品缓慢搅拌l双温区设计是降解风险降至最低双温区设计是降解风险降至最低 进样点热区温区50 100 200 温度 (C)-20 -10 0 10 20 瓶位Carousel Motion进样点Agitated 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scie

29、ntific l在柱温箱中平衡的进样瓶可编程在柱温箱中平衡的进样瓶可编程lExcess solution returned to viallInjection precision RSD 1% with no cross contaminationlNew Multiple Injection capability up to 3 injections per vial.柱温箱进样阀 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 这是PL-GPC50在室温下设置40C 时和典型的分离式系统4分钟基线漂移的比较在相同实验室环境温度变化时，相比之下，分离式系统的基线漂

30、移近3毫伏。PL-GPC 50 的基线漂移小于1毫伏 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 2. 01. 71. 304070R 250, 35KR 35, 8KResol uti onTem perature ( C )Samples: 250K, 35K, and 8K PS Stds.Columns: HR3 & HR5 StyragelMobile Phase: TolueneFlow Ra

31、te: 1 ml/minConcentration: 0.04% each 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific MIXED bed columns give extended range over individual pore size Manufactured to give no discontinuities Combine individual pore size columns to extend range Can cause peak shape variation due to mismatch in pore volume色谱柱对数据

32、的影响色谱柱对数据的影响 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l多检测器的应用l快速GPC技术l微流量GPC技术l新型色谱柱技术 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 配置方法配置方法分子量分子量支化支化回转半径回转半径传统传统GPCGPC相对于标样的色谱柱相对于标样的色谱柱校正，得到相对分子校正，得到相对分子量量不能不能不能不能使用普适校正的传统使用普适校正的传统GPCGPC需从文献上得到需从文献上得到准确准确的的K/aK/a值，对相对分值，对相对分子量进行的色谱柱普子量进行的色谱柱普适校正得到绝对分子适校正得到绝

33、对分子量量不能不能不能不能配了黏度检测器的配了黏度检测器的GPCGPC测出特性黏数，得到测出特性黏数，得到K/aK/a值的普适校正值的普适校正能，直接从特性黏能，直接从特性黏数测出数测出能，但是间接得到能，但是间接得到配了多角激光检测器的配了多角激光检测器的GPCGPC绝对测出，无需色谱绝对测出，无需色谱柱校正柱校正能，但要符合一些能，但要符合一些假设假设能，当有两个测量能，当有两个测量角以上角以上三检测器联用的三检测器联用的GPCGPC准确结果准确结果能能能能 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific The MWDs indicate the sample

34、s to be extremely heterogeneous and gave multi-modal distributions. The Mark-Houwink plots show that although two of the samples (grey traces) were similar in structure, the third (black trace) gave lower values of intrinsic viscosity at any given molecular weight, indicative of the more dense polym

35、er structure which accompanies an increase in the level of polymer branching. 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l浓度响应值正比于浓度C实例：示差(refractometer)检测器 N = (dn/dc) C紫外检测器蒸发光散射检测器l使用单一浓度型检测器的体积排除分离模式色谱被称作 传统GPC 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l浓度示差，紫外，蒸发光散射(ELSD)，l分子量敏感 粘度，光散射l组成 多波长紫外，示差+紫外，质谱

36、(MS)，付里叶变换红外(FTIR)， 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific lRI/V 检测器结合使用l lVI的响应值正比于 C H / M = C H，大分子的尺寸；流体力学体积 = VI / RI，特征粘度(intrinsic viscosity) l普适校正的假设：具有同样大小(H)的大分子应有同样的洗脱体积，即依赖性在给定的流动相、色谱柱组及温度下，H = H(V)是通用的 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific Log H246810Elution volume V, mL16182022242628RI/

37、V 检测器结合使用，第一步：用任何任何 窄分布标样(化学结构不重要)建立普适校正曲线 ST = VI / RI for each standard H = MST ST for each standard Polynomial fit to Log H universal calibration curve 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific lRI/V 检测器结合使用第二步：用聚合物分布每一切片“i”计算“绝对”分子量li = VIi / RiilMi = Hi / i 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific 168

38、3 Run 11683 Run 21683 Run 31683 Run 41683 Run 51683 Run 11683 Run 21683 Run 31683 Run 41683 Run 5 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00Log(Molecular Weight)dW / dLogMConventionalUniversall通过重叠5次普通及5次普适校正所得到的图，清楚地看到分子量的准确度及精度宽分布聚苯乙烯标样分子量分布比较宽分布聚苯乙烯标样分子量分布比较 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific

39、 Scientific l大分子的结构形态(支化)可通过粘度理论曲线得到：Log 对 Log M l粘度理论曲线也被称为Mark-Houwink曲线，可由下列方程式描述：Log = Log K + Log MK 及 可随 M 变化 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l支化降低了大分子的尺寸：对于同样分子量的大分子来说branch lin l支化指数支化指数 表示了支化程度的特性g = branch / lin 1l支化聚合物的支化指数：g = gSCB gLCB 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific l线性聚合物有

40、线性的MH曲线：Log lin = Log Klin + lin Log M l具有短链支化(short-chain branches)的聚合物同样具有线性的曲线但是；KSCBKlin，并且 SCB = lin gSCB 1 常数(不依赖于M)l线性粘度理论曲线用Mark-Houwink方程式方程式描述 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Scientific lThe PL-HTGPC/FTIR interface comprisesDesign specifically for use with Perkin Elmer Spectrum Series, Nicolet Avatar, and now Bruker FTIR.lHT Flow CelllControl ModulelHT Transfer Line 绿绵巨贸绿绵巨贸jJ J2 2 Scientific Sc