凝胶渗透色谱法-GPC-和高效液相谱-HPLC课件.ppt

1、凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC高效液相色谱高效液相色谱 HPLC2测定方法测定方法端基分析端基分析沸点升高沸点升高冰点降低冰点降低气象渗透压气象渗透压膜平衡渗透压膜平衡渗透压电子显微镜电子显微镜光散射光散射X X 光小角散射光小角散射超离心沉降平衡超离心沉降平衡超离心沉降速度超离心沉降速度稀溶液粘度稀溶液粘度凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱使用分子量范围使用分子量范围 3 31010 4 4 3 31010 4 4 3 31010 4 4 3 31010 4 45 51010 5 5-10-10 6 6 5 51010 5 5 1010 2 2 1010 2 21 11010 4 4-1-110

2、10 5 51 11010 4 4-1-11010 7 7 1010 2 2 1010 2 2平均分子量平均分子量数均数均数均数均数均数均数均数均数均数均数均数均重均重均重均重均重均，平均重均，平均各各 种种 平均平均数均数均各各 种种 平均平均测定高聚物分子量的方法测定高聚物分子量的方法:端基分析、沸点升高、冰点降低、气相渗透压。膜平衡渗透压、光散端基分析、沸点升高、冰点降低、气相渗透压。膜平衡渗透压、光散射、射、X 光小角散射、超速离心沉降、稀溶液粘度和凝胶渗透色谱等。光小角散射、超速离心沉降、稀溶液粘度和凝胶渗透色谱等。表表 1-41-4 分子量的测定方法及其大致适用范围分子量的测定方法

3、及其大致适用范围凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC1.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。以以 通通 用用；两两 者者 机机 理理 不不 同同，因因 而结而结 果果 有很有很 好好 的互的互 补补 性性。2.高效液相色谱（高效液相色谱（HPLC）：另一种柱液相色谱。是非极性固定相，以）：另一种柱液相色谱。是非极性固定相，以极性溶液为流动相。极性溶液为流动相。HPLC 在高分子领域中的应用：主要是测

4、定高分子材料中的小分子物。在高分子领域中的应用：主要是测定高分子材料中的小分子物。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。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC一、基本原理一、基本原理GPC 以以 体积排除体积排除

5、 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），凝胶的表面和内内 部部 有有 各各 种种 大大 小小 不不 同同 的的 孔孔 洞洞 和通和通 道道。当。当 被被 分析分析 的的 样样 品随品随 着着 淋淋 洗洗 溶溶 剂剂 引引 入入 柱柱子子 后后，溶溶 质质 分分 子子 即即 向向 填填 料料 内内 部孔部孔 洞洞 扩散扩散。较小较小 的的 分分 子除子除 了了 能能 进进 入入 大大 孔孔 外外，还还 能能 进进 人人 较较 小小 的的 孔孔；较较 大大 的的 分子分子 则则 只能只能 进进 人

6、较人较 大大 的的 孔；孔；而而 比比 最最 大大 的的 孔孔 还还 要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。分分 离离 的的 基基 础础 主主 要要 根根 据据 溶溶 液液 中中 分子分子 体体 积积（即流体力学体积）的大小。（即流体力学体积）的大小。凝胶渗

7、透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（二）仪器（二）仪器仪器组成：仪器组成：输液系统输液系统（柱塞泵）（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凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（二）仪器（二）仪器1 色谱柱（色谱柱（Water Styragel 为例，不锈钢，内径为例，不锈钢，内径 8 mm，长度，长度 400 mm）(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。有有 机机 凝凝 胶胶：苯苯 乙乙 烯烯 二二 乙乙

8、 烯烯 苯苯 共共 聚聚 得到得到 的的 交交 联聚联聚 苯苯 乙烯乙烯 凝凝 胶胶。特点是孔径分特点是孔径分 布宽，分离范布宽，分离范 围大，适用于围大，适用于 非极性有机溶非极性有机溶 剂。三个系列剂。三个系列 柱的凝柱的凝胶胶 颗颗 粒分别粒分别 为为 5、10 和和 20um，分，分 别别 用用 于测于测 定低、定低、中中 和和 超高超高 分分 子子 量量 的高分的高分 子。子。有些有机凝胶也适用于水体系，如聚葡萄糖苷，琼脂糖，聚丙烯酰胺。有些有机凝胶也适用于水体系，如聚葡萄糖苷，琼脂糖，聚丙烯酰胺。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。主要特点是适主要特点是适

9、用范围广（包用范围广（包 括极性和非极括极性和非极 性溶剂）、尺性溶剂）、尺 寸稳定性好、寸稳定性好、耐压、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。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。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（二）仪器（二）仪器1 色色 谱谱 柱柱(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、乙乙 丙丙

10、 橡橡 胶胶、丁丁 苯苯 橡橡 胶胶、丁丁 腈腈 橡胶橡胶 等等。8凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（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示 差差 折折 光光 和和 紫紫 外外 吸吸 收收 检检 测测 器器 是是 最最 常常 用。用。还还 有有 红红 外外、电电 导导 和和 介介 电电 常常 数数 等等。示差折光检测器（示差折光检测器（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。优优 点点 是是：通

11、通 用用 性性 强强，只只 要要 溶溶 质质 与与 溶溶 剂剂 有有 折折 射射 率率 差差 别别 就就 可可 以以 应应 用。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，比如四氢有较强的选择性，它要求溶剂不能有紫外吸收，比如四氢呋喃必须完全除掉阻聚剂呋喃必须完全除掉阻聚剂 2,6 二叔丁基对甲酚后才能使用。测定时，波长常固定在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（如一个单一值（如 254 nm 或或 280 nm）。）。有时利用双检测器，通过比较有时利用双检测器，通过比较 RI 和和 UV的检测结果，可对组成鉴定提供帮助。的检

12、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。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（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）激激 光光 小小 角角 光光 散散 射射(LALLS）检检 测测 器器

13、，通通 过过 测测 定定 散散 射射 光光 强强 来来 计计 算算 分分 子子 量量，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 2 o 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 10-4 10-6 g/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

14、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对方法。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（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 谱图的横坐标不是谱图的横坐标不是分子量，而是保留体积分子量，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。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（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

15、一组已知分子量的首先用一组已知分子量的 单分单分 散（或散（或 窄分布窄分布）样）样 品作标品作标 样，做样，做 出出lgM Ve 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准方程。13凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（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由普适校准曲线首先由Benoit 于于 1967 年年 发发 现现 并并证明。普适校准曲线显示证明。普适校准曲线显示对于一个非常宽范围内的对于一个非常宽范围内的高分子结构，当考虑了特高分子结构，当考虑了特性粘度的信息后，其洗脱性粘度的信息后，

16、其洗脱时间都遵循普适校准曲线时间都遵循普适校准曲线的描述。的描述。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC（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。根据分子量的定义：根据分子量的定义：凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测（一）高分子和低分子的同时测 定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

17、 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。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测（一）高分子和低分子的同时测 定定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

18、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17凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC18凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测（一）高分子和低分子的同时测 定定2.环氧树脂中

19、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凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC2.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。二、应用二、应用（一）高分子和低分子的同时测（一）高分子和低分子的同时测 定定凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和

20、高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC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 对聚合反应进行中间控制分析，在达到预定的单体聚合物比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后 及及 时时 终终 止止 反反 应应，以以 节节 省省 生生 产时产时 间间。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC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

21、：聚酯：凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC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。24凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC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

22、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。1 GPC-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(1)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。(2)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，能给出组成、立体构型等随分子量变化的重要信息.末末 端端 明明 确确 的的 高高 分分 子子，NMR 可可 直直接测定各级分的分子量，成为分接测定各级分的分子量，成为分子量测定的绝对方法。左图中以子量测定的绝对方法。左图中以t-C 4 H 9 M

23、gBr 为引发剂，本体聚合为引发剂，本体聚合得得 到到 端端 基基 为为 t-C 4 H 9 的的 PMMA。从从t-C 4 H 9 基与基与 OCH 3 的峰强度之比可的峰强度之比可以以 求求 得得 ,这这 种方种方 法法 无无 需需 用用 标标 准准 聚聚合合 物物 的的 工工 作作 曲曲 线。线。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC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2 GPC HPLC 对共聚物组成分布和分子量分布的同时分析对共聚物组成分布和分子量分布的同时分析共聚物：共聚物：分子量的多分散性；分子量的多分散性；组

24、成的多分散性。组成的多分散性。HPLC 在在 测测 定定 共共 聚聚 组组 成成 方方 面面 有有 独独 特特 的的优势。优势。将将 GPC 与与 HPLC 联联 用用，用用 HPLC 对对GPC 分分 离离 出出 的的 每每 一一 级级 分分 进进 一一 步步 进进 行行 组组 成成分分 析，析，可以可以 得到得到 分子分子 量分量分 布和布和 组成组成 分布分布 的的三维谱图。三维谱图。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC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3 GPC-MALLS 旋转半径与分子量关系的研究旋转半径与分

25、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。凝胶渗透色谱法凝胶渗透色谱法 GPC 和高效液相色谱和高效液相色谱 HPLC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3 GPC 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谢谢观看！2020