-凝胶渗透色谱精讲课件.ppt
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- 凝胶 渗透 色谱 讲课
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1、 第5章 凝胶渗透色谱法 色谱原理 流动相:载气 固定相:固体吸附剂等 图 气相色谱对样品分离过程示意图 色谱谱图解析 一 谱图表示方法:横坐标 时间 纵坐标 检测器响应信号的大小 色谱图 色谱图的解析:色谱峰的位置 色谱峰的大小和形状 色谱峰的分离 保留值:保留时间 死时间 调整保留时间 与固定液用量有关 比保留体积 相对保留值 保留指数 色谱过程方程:VR=VM+VR VR=VM+KVS 色谱的保留值与热力学系数联系起来 色谱流出曲线方程:研究色谱峰形 塔板理论:高斯分布曲线 标准偏差:201exp122RRnctcntt202/exp22RRtnttcc 描述色谱峰大小的参数:峰高h 峰
2、宽 分离度:描述峰分离情况 分离因素:保留值峰窄 02ch4W21122RRttRWW 色谱定性分析依据保留值 与已知组分的保留值相比 与其它分析方法连用如 色谱定量分析峰高或峰面积判断分析物的含量 色谱优缺点:高效快速分离技术 难以鉴别分离组分 尺寸不同的高聚物分子,按其分子大小能自由地渗透进和渗透出这些凝胶孔洞。凝胶孔洞与分子尺寸是相适应的,超过这个尺寸的大分子就不能渗透进去,它们只能随溶剂的流动而在凝胶粒子之间的空间中流动。因此,大分子比起小分子来说,在柱中的行程就短得多。根据大小分子不同的行程就可以把混在一起的高聚物分子逐级分离开来,先分离出来的是大分子,较小的聚合物分子受到溶剂分子的
3、排斥也随后分离出来,然后再用一定的方法检知每级中溶质的浓度和分子量。依照凝胶色谱的特点,在测定聚合物分子量分布曲线时,需要同时测定每个级分的浓度和分子量,因此除了和一般HPLC中所用到的浓度检测器如示差折射、紫外等检测器外,还配有分子量检测器。分子量的检测方法主要有两大类:一类采用间接测定法,另一类采用直接测定法,如粘度法和光散射法。这是通过测定淋洗体积推测相应的分子量。如用虹吸法或计滴法来测定淋洗体积。随着凝胶色谱的不断发展,仪器流动相速度的稳定性不断提高,也可以直接测定保留时间作为分子量标记。间接法测定分子量的优点是仪器设备简单,但不能直接得出分子量的数值,需采用标准进行校正,数据处理较为
4、复杂。用自动粘度检测器测定柱后流出液的特性粘度。依照Mark-Houwink方程:即可换算得出聚合物的分子量M。上式中,K和为常数,与聚合物类型、溶剂和溶液温度有关。已知K,值,可以算出绝对分子量,否则,只能推测出相对分子量。自动粘度检测器有两种型式:一种是间隙式,测定一定体积的淋出液流经毛细管粘度计的流出时间;另一种是连续式,测定柱后淋出液流经毛细管粘度计时在毛细管两端所产生的压差。KM 用此法可以直接测出淋出液中聚合物的重均分子量,是一种测定绝对分子量的方法。该法所使用的仪器为小角激光光散检测器(low angle laser light scattering,LALLS),其工作原理如下
5、:当光通过高分子溶液时,会产生瑞利散射,散射光强度及其对散射角(即入射光与散射光测量方向的夹角)和溶液浓度C的依赖性与聚合物的分子量、分子尺寸、分子形态有关,因此可用光散射的方法研究高分子溶液的分子量等参数。采用瑞利比R来描述散光:式中Io和I分别代表入射光和散射光强度;r代表观测点与散射中心的距离。LALLS与一般光散射方法相比,其特点是可以在0和C0的条件下测定,使计算大大简化,R 和溶质的重均分子量Mw的关系为 式中,A2为第二维利系数,需事先测定,K为仪器常数:2/oRr I I212WKCA CRM 式中,N为阿佛加德罗常数;使入射光波长;n是溶液的折光指数。当测定溶液的浓度C0时,
6、该项可忽略。这样式子可以化简为:式中的C为流出液中样品的浓度。因此在GPC中,只要有浓度型检测器和LALLS联用,就可以直接测出液中样品的重均分子量。22244()dnKnNdc1WK CRM GPC仪的组成:泵系统、(自动)进样系统、凝胶色谱柱、检测系统和数据采集与处理系统。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影响着最终数据的准确性。越是精密的仪器,要求泵的工作状态越稳定。要求流量的误差应该低于0.01mL/min。色谱柱:GPC仪分离的核心部件。是在一根不锈钢空心细管中加入孔径不同的微粒作为填料。填料(
7、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(适用于水和有机溶剂)、多孔玻璃、多孔氧化铝(适用于水和有机溶剂)柱子:玻璃、不锈钢 检测系统:通用型检测器:适用于所有高聚物和有机化合物的检测。有示差折光仪检测器、紫外吸收检测器、粘度检测器。示差折光仪检测器:溶剂的折光指数与被测样品的折光指数有尽可能大的区别 紫外吸收检测器:在溶质的特征吸波长附近溶剂没有强烈的吸收。选择型检测器:适用于对该检测器有特殊响应的高聚物和有机化合物。有紫外、红外、荧光、电导检测器
8、等。影响因素:色谱柱、溶剂的选择 色谱柱:每根色谱柱都有一定的相对分子质量分离范围和渗透极限,色谱柱有使用的上限和下限。色谱柱的使用上限是当聚合物最小的分子的尺寸比色谱柱中最大的凝胶的尺寸还大,这时高聚物进入不了凝胶颗粒孔径,全部从凝胶颗粒外部流过,这就没有达到分离不同相对分子质量的高聚物的目的。而且还有堵塞凝胶孔的可能,影响色谱柱的分离效果,降低其使用寿命。色谱柱的使用下限就是当聚合物中最大尺寸的分子链比凝胶孔的最小孔径还要小,这时也没有达到分离不同相对分子质量的目的。所以在使用凝胶色谱仪测定相对分子质量时,必须首先选择好与聚合物相对分子质量范围相配的色谱柱。溶剂的选择:能溶解多种聚合物不能
9、腐蚀仪器部件与检测器相匹配 色谱柱对于多分散聚合物的分离作用是基于体积排除机理,与分子量没有直接联系。把激光光散射与凝胶色谱仪联用,在得到浓度谱图的同时,还可得到散射光强对淋出体积的谱图,从而计算出分子量分布曲线和整个试样的各种平均分子量。把GPC仪与光散射仪连用,由光散射仪连续测定聚合物样品中各个级分的相对分子质量,由GPC仪中的浓度示差检测器检测各个级分的浓度,就可以得到聚合物的各种平均相对分子质量。激光光散射实验中必须对样品严格除尘,溶液中的灰尘会产生强烈的光散射,严重干扰聚合物溶液光散射的测量。溶液除尘是光散射成败的关键。首先是溶剂除尘,配置测试样品的溶剂应进行精馏,并经过0.2m超滤
10、膜过滤后方可使用。配好的溶液也要用0.2m的超滤膜过滤。另外,测试中所用的器械,如:注射器等,使用前要用洗液浸泡,清水强力冲洗。3.1凝胶色谱的色谱过程方程凝胶色谱的色谱过程方程 凝胶色谱柱是用多孔材料填充的,其分离凝胶色谱柱是用多孔材料填充的,其分离能力与填料孔径无关。能力与填料孔径无关。GPC柱的总体积有柱的总体积有3部分组成,即填料骨架部分组成,即填料骨架体积、填料孔体积及填料颗粒间体积。其体积、填料孔体积及填料颗粒间体积。其中填料骨架体积对分离不起作用,柱空间中填料骨架体积对分离不起作用,柱空间体积主要由后两部分组成。体积主要由后两部分组成。因此当把色谱方程因此当把色谱方程VRVM+K
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