凝胶渗透色谱仪

1、高分子物理实验高分子物理实验凝胶渗透色谱法测定高聚物凝胶渗透色谱法测定高聚物分子量及分子量分布分子量及分子量分布 指导教师：周丽玲指导教师：周丽玲 庄庄 涛涛 实实 验验 室：室： 重点实验室重点实验室213 课课 时：时： 3学时学时 凝胶渗透色谱法（凝胶渗透色谱法（Gel Permeation Chromatography ，简称，简称GPC）是利用高分子）是利用高分子溶液通过填充有微孔凝胶的柱子把高分子按尺寸溶液通过填充有微孔凝胶的柱子把高分子按尺寸大小进行分离的方法。大小进行分离的方法。 GPC实验能测定聚合物的分子量及分子量分实验能测定聚合物的分子量及分子量分布，确定聚合物支化度及共

2、聚物组成等。布，确定聚合物支化度及共聚物组成等。GPC的的优点是：快速、简便、重复性好、进样量少，可优点是：快速、简便、重复性好、进样量少，可实现高度自动化。实现高度自动化。 简介简介实验目的实验目的n1了解了解GPC法测定分子量及分子量分布的原法测定分子量及分子量分布的原理。理。n2掌握掌握GPC法测定分子量及分子量分布的操法测定分子量及分子量分布的操作步骤；测定高聚物试样的分子量及分子量分作步骤；测定高聚物试样的分子量及分子量分布。布。分离机理分离机理排斥体积理论排斥体积理论 色谱柱内填充着起到分离作用的凝胶，是一种多孔性的高分子聚合体，表面布满孔隙，能被流动相浸润，吸附性很小。凝胶色谱法

3、的分离机制是根据分子的体积大小和形状不同而达到分离目的。其分离机理众说不一，目前较通用的一种理论是“排斥体积”理论。该理论认为：在色谱柱中加入高分子溶液，用溶剂淋洗时，体系处于扩散平衡状态。聚合物分子在柱内流动过程中，不同大小的分子程度不同地渗透到柱内有大小孔径分布的载体的空洞中去。 实验原理实验原理体积大于凝胶孔隙的分子，由于不能进入孔隙而被排阻，直接从表面流过，先流出色谱柱；小分子可以渗入大大小小的凝胶孔隙中而完全不受排阻，然后又从孔隙中出来随流动相流动，后流出色谱柱；中等体积的分子可以渗入较大的孔隙中，但受到较小孔隙的排阻，介乎上述两种情况之间。色谱柱和柱内填料色谱柱和柱内填料进样口进样

4、口连接检测器连接检测器AFLOWC B ABC单分散样品单分散样品T分子量的测定分子量的测定 单分散试样分子量均一，不存在分布和平均值问题，可以根单分散试样分子量均一，不存在分布和平均值问题，可以根据据GPC谱图求出谱图求出Ve值，根据标定曲线求得其分子量值，根据标定曲线求得其分子量多分散样品多分散样品T（2）色谱柱的标定）色谱柱的标定nGPC法测定聚合物分子量是个相对方法，不能法测定聚合物分子量是个相对方法，不能直接测得聚合物的绝对分子量。直接测得聚合物的绝对分子量。nGPC实验中直接测出的是淋出体积，必须首先实验中直接测出的是淋出体积，必须首先测定一系列已知分子量的样品的淋出体积，确测定一

5、系列已知分子量的样品的淋出体积，确立立logMVe关系曲线，即该色谱柱的校正曲关系曲线，即该色谱柱的校正曲线。线。n通过色谱柱校正曲线就可以查出对应于欲测样通过色谱柱校正曲线就可以查出对应于欲测样品的分子量及其分布。品的分子量及其分布。图图1. 标准试样的校正曲线标准试样的校正曲线n色谱柱的标定方法色谱柱的标定方法-校正曲线的测定：校正曲线的测定：n可用已知分子量的单分散标准样对色谱柱进可用已知分子量的单分散标准样对色谱柱进行标定。分子量和淋洗体积的关系如下：行标定。分子量和淋洗体积的关系如下： log M = A BVe（见图（见图1），可采用最小），可采用最小二乘法求出常数二乘法求出常数A

6、、B及方程。及方程。（3）普适校正曲线）普适校正曲线n由于聚合物结构的复杂性以及分子量的多分由于聚合物结构的复杂性以及分子量的多分散性，其分子量和分子尺寸不一定成线性关散性，其分子量和分子尺寸不一定成线性关系，即不完全符合系，即不完全符合GPC色谱柱的分离机理，色谱柱的分离机理，因此应进行普适校正，以便于测定各种结构因此应进行普适校正，以便于测定各种结构聚合物的分子量。聚合物的分子量。n实验研究发现，各种不同聚合物的特性粘数实验研究发现，各种不同聚合物的特性粘数和分子量和分子量M的乘积，与淋出体积的关系非的乘积，与淋出体积的关系非常规律，即用常规律，即用 logM 对对Ve作图得到一条直作图得

7、到一条直线，即普适校正曲线。线，即普适校正曲线。n实验中用聚苯乙烯标样测得该曲线，再通过实验中用聚苯乙烯标样测得该曲线，再通过=KM的方程的方程K、变换得到待测聚合物的变换得到待测聚合物的校正曲线。校正曲线。n两个不同试样淋出体积相同两个不同试样淋出体积相同 Ve1 = Ve2，则，则 1M1 = 2M2 ，n推导出：推导出：logK1 + (1 + 1) logM1 = logK2 + (2 + 1) logM2n若知道若知道M1的分子量，则可计算出的分子量，则可计算出M2：1212122log11log11logMKKM分子结构与物理性质分子结构与物理性质不同分子量与物理性质的相关性：不同

8、分子量与物理性质的相关性：nMn与流动性有关与流动性有关nMw与制品强度有关，如张力和抗冲击力与制品强度有关，如张力和抗冲击力nMz与延伸和柔顺性有关与延伸和柔顺性有关nMz+1与挤出膨胀有关与挤出膨胀有关分子量大小与物理性质的相关性分子量大小与物理性质的相关性物理性能 随Mw增大冲击强度 熔融粘度 加工温度 脆性 拉伸能力（纤维） 融流 实验仪器实验仪器n本实验采用本实验采用Waters凝胶渗透色谱仪，该仪器凝胶渗透色谱仪，该仪器包括：高效液相泵，包括：高效液相泵， 折光率检测器，计算机。折光率检测器，计算机。样品首先在高效液相系统中流动，淋洗分离；样品首先在高效液相系统中流动，淋洗分离；然

9、后溶液通过折光率检测器，得到的检测信号然后溶液通过折光率检测器，得到的检测信号将传送到计算机进行纪录。将传送到计算机进行纪录。仪器结构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, DMF示差示差检测检测器器废液瓶废液瓶实验要求：实验要求：n1预习报告：预习报告：n2实验步骤：溶解待测样品启动仪器。设置实验步骤：溶解待测样品启动仪器。设置操作条件校正仪器基线过滤待测样品实验结束操作条件校正仪器基线过滤待测样品实验结束处理数据样品脱气，并由进样口注入样品开始处理数据样品脱气，并由进样口注入样品开始实验记录数据。实验记录数据。n3注意事项：注意事项：n溶解待测样品，使溶液浓度在溶解待测样品，使溶液浓度在1%左右；设定左右；设定淋洗液流量淋洗液流量1ml min-1；取样品时应排出空；取样品时应排出空气。气。n4结果分析：利用仪器所带的操作软件对数据结果分析：利用仪器所带的操作软件对数据进行处理，得到待测物的分子量和分子量分布曲进行处理，得到待测物的分子量和分子量分布曲线（如图线（如图2）图图2. S-SBR2606的的GPC曲线曲线MV-10.000.0010.0020.0030.00Minutes18.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.0028.0029.0030.001