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1、.,G P C 一 十八角激光光散射联用法介绍,.,一、基本介绍 GPC（Gel Permeation Chromatography ） ,凝胶渗透色谱，又称为尺寸排阻色谱（Size Exclusion Chromatography,简称SEC），它是基于体积排阻的分离机理，通过具有分子筛性质的固定相，用来分离相对分子质量较小的物质，并且还可以分析分子体积不同、具有相同化学性质的高分子同系物。,.,一、 基本原理 GPC是一种特殊的液相色谱，所用仪器实际上就是一台高效液相色谱（HPLC）仪，主要配置有输液泵、进样器、色谱柱、浓度检测器和计算机数据处理系统。 与HPLC最明显的差别在于二者所用色
2、谱柱的种类（性质）不同：HPLC根据被分离物质中各种分子与色谱柱中的填料之间的亲和力不同而得到分离，GPC的分离则是体积排除机理起主要作用。,.,当被分析的样品通过输液泵随着流动相以恒定的流量进入色谱柱后，体积比凝胶孔穴尺寸大的高分子不能渗透到凝胶孔穴中而受到排斥，只能从凝胶粒间流过，最先流出色谱柱，即其淋出体积（或时间）最小；中等体积的高分子可以渗透到凝胶的一些大孔中而不能进入小孔，比体积大的高分子流出色谱柱的时间稍后、淋出体积稍大；体积比凝胶孔穴尺寸小得多的高分子能全部渗透到凝胶孔穴中，最后流出色谱柱、淋出体积最大。 因此，聚合物的淋出体积与高分子的体积即分子量的大小有关，分子量越大，淋出
3、体积越小。,.,浓度检测器不断检测淋洗液中高分子级分的浓度。常用的浓度检测器为示差折光仪，其浓度响应是淋洗液的折光指数与纯溶剂（淋洗溶剂）的折光指数之差，由于在稀溶液范围内，与溶液浓度成正比，所以直接反映了淋洗液的浓度即各级分的含量，下图是典型的GPC谱图。,.,图中纵坐标相当于淋洗液的浓度，横坐标淋出体积Ve 表征着高分子尺寸的大小。 如果把图中的横坐标Ve转换成分子量M 就成了分子量分布曲线。为了将Ve转换成M，要借助GPC校正曲线。实验证明在多孔填料的渗透极限范围内Ve和M 有如下关系： lg M = ABVe,式中A、B 为与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关的常数。,.,用一组已知分
4、子量的单分散性聚合物标准试样，在与未知试样相同的测试条件下得到一系列GPC谱图，以它们的峰值位置的Ve对lg M作图，可得如图3-6的直线，即GPC校正曲线：,.,有了校正曲线，即可根据Ve读得相应的分子量。一种聚合物的GPC校正曲线不能用于另一种聚合物，因而用GPC测定某种聚合物的分子量时，需先用该种聚合物的标样测定校正曲线。但是除了聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等少数聚合物的标样以外，大多数的聚合物的标样不易获得，多数时候只能借用聚苯乙烯的校正曲线，因此测得的分子量M值有误差，只具有相对意义。 用GPC方法不但可以得到分子量分布，还可以根据GPC谱图求算平均分子量和多分散系数，特别是当今的GP
5、C仪都配有数据处理系统，可与GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数，无须人工处理。,.,二、 基本构造,输液系统 凝胶色谱柱 检测器 数据采集与处理系统,.,GPC色谱柱装填的是多孔性凝胶（如最常用的高度交联聚苯乙烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。GPC仪工作流程图如下所示。,.,2.1 色谱柱 柱子：玻璃、不锈钢 填料：根据所使用的溶剂选择填料，对填料最基本的要求是填料不能被溶剂溶解：交联聚苯乙烯凝胶（适用于有机溶剂，可耐高温） 交联聚乙酸乙烯酯凝胶（最高100，适用于乙醇 丙酮一类极性溶剂） 多孔硅球（适用于
6、水和有机溶剂） 多孔玻璃、多孔氧化铝（适用于水和有机溶剂),.,2.1 检测器 示差折光检测器 (RI) 紫外吸收检测器 (UV) 蒸发光散射检测器(ELSD) 特性粘度检测器(IV) 激光散射检测器(LS),浓度型,定性型,.,2.1.1 示差折光检测器 示差折光检测器是一种高度稳定和灵敏的液相色谱和凝胶渗透色谱检测器，它可与输液泵，色谱柱，进样器等组成凝胶渗透色谱仪或高速液相色谱仪系统，也可以配置适当的进样系统作为单独的分析仪器使用。可用于检测在紫外光范围内吸光度不高的化合物，如聚合物、糖、有机酸和甘油三酸酯。示差折光检测器的偏转式设计，能够对那些具有低噪音和位移特性的化合物进行灵敏的检测
7、,.,2.1.1 示差折光检测器 原理及结构： 示差检测器是连续检测样品流路与参比流路间液体折光指数差值的检测器，是根据折射原理设计的，属偏转式类型。检测器的光路是由光源、凸镜、检测池、反射镜、平板玻璃、双光敏电阻等主要部件组成，检测池有参比，测量两个池室，它们对光路来说是串联的,.,光源在光栏前成像，并作为检测池的入射光，出射光照在反射镜上，光被反射，又入射到检测池上，出射光在经过透射镜照到双光敏电阻上形成夹缝像。双光敏电阻是测量电桥的两个桥臂。当测量池中流过被测样品时，引起折射率变化使照在双光电阻上的光束发生偏转，使双光敏电阻阻值发生变化，此时由电桥输出讯号，即反映了样品浓度的变化情况。,
8、.,2.1.2 紫外吸收检测器 原理及结构： 紫外吸收检测器简称紫外检测器（ultraviolet detector，UVD），是基于溶质分子吸收紫外光的原理设计的检测器，其工作原理是Lambert-Beer定律，即当一束单色光透过流动池时，若流动相不吸收光，则吸收度A与吸光组分的浓度C和流动池的光径长度L成正比。物理上测得物质的透光率，然后取负对数得到吸收度。,.,为得到高的灵敏度，常选择被测物质能产生最大吸收的波长作检测波长，但为了选择性或其它目的也可适当牺牲灵敏度而选择吸收稍弱的波长，另外，应尽可能选择在检测波长下没有背景吸收的流动相。 紫外检测器的波长范围是根据连续光源（氘灯）发出的光
9、，通过狭缝、透镜、光栅、反射镜等光路组件形成单一波长的平行光束。通过光栅的调节可得到不同波长。 紫外光的范围一般指200-400 nm。吸收度单位AU (absorbance unit) 是相当于多少伏的电压，范围的大小应该适中较好，实际工作中一般就需要1AU左右。,.,用途： 紫外检测器使用于大部分常见具有紫外吸收有机物质和部分无机物质。紫外检测器对占物质总数约80%的有紫外吸收的物质均可检测，既可测190-350 nm范围的光吸收变化，也可向可见光范围350-700 nm 延伸。 紫外检测器适用于有机分子具紫外或可见光吸收基团，有较强的紫外或可见光吸收能力的物质检测。一般当物质在200-4
10、00 nm 有紫外吸收时，考虑用紫外检测器。,.,优点： 紫外吸收检测器不仅灵敏度高、噪音低、线性范围宽、有较好的选择性，而且对环境温度、流动相组成变化和流速波动不太敏感，因此既可用于等度洗脱，也可用于 梯度洗脱。紫外检测器对流速和温度均不敏感，可于制备色谱。由于灵敏高，因此即使是那些光吸收小、消光系数低的物质也可用UV检测器进行微量分析。 缺点： 不足之处在于对紫外吸收差的化合物如不含不饱和键的烃类等灵敏度很低。,.,2.1.3 激光散射检测器 原理： 当光束照射到聚合物样品，由于密度起伏和溶液浓度不均一而引起在入射光前进的方向以外的各个方向产生散射光。关系任何方向的散射光强度与分子量和溶液
11、浓度成正比，散射光角度的变化与分子的尺寸大小有关。十八角激光散射仪，可以从十八个角度对散射光进行检测，收集散射光的强度。,.,K为与溶剂性质和入射光频率相关的常数； c 为溶液浓度 g mL ； R() 为不同角度去除溶剂影响后的散射光强度； 为散射光角度； Mw为重均分子量；P( )为散射光强度随角度变化的函数 ； A2为第二维里系数,是溶剂与溶质相互作用的度量，一般溶液极稀时可忽略;n0为溶剂的折射率；dn/dc为折光指数增量,即溶液折射率与浓度变化的比值 mL/g ； N为阿佛加德罗常数；为人射光波长；Rg为高分子均方末端距即链质量中心至各个链段距离平方的平均值。,.,R()为仪器测定量，K、c 、n0 、dn/dc 、N、 、均为常数或已知量，其中dndc值可通过折光仪测定，或通过折光仪的仪器常数与输入样品质量求得。只有Mw、Rg和 A2 三个高分子链的基本参数为未知值，通过多个角度光散射强度的测定 ，即可推导求出。当激光光散射仪与 GPC仪联用时，GPC仪可将溶液中的高分子按分子流体力学体积顺序依次洗脱出来，因此不仅可测定单一聚合物， 还可测定高分子混合物，并且不需要标准物质校正，直接测出分子量及其分布 。,.,
