凝膠滲透色譜儀

1、高分子物理實驗高分子物理實驗凝膠滲透色譜法測定高聚物凝膠滲透色譜法測定高聚物分子量及分子量分布分子量及分子量分布 指導教師：周麗玲指導教師：周麗玲 莊莊 濤濤 實實 驗驗 室：室： 重點實驗室重點實驗室213 課課 時：時： 3學時學時 凝膠滲透色譜法（凝膠滲透色譜法（Gel Permeation Chromatography ，簡稱，簡稱GPC）是利用高分子）是利用高分子溶液通過填充有微孔凝膠的柱子把高分子按尺寸溶液通過填充有微孔凝膠的柱子把高分子按尺寸大小進行分離的方法。大小進行分離的方法。 GPC實驗能測定聚合物的分子量及分子量分實驗能測定聚合物的分子量及分子量分布，確定聚合物支化度及共

2、聚物組成等。布，確定聚合物支化度及共聚物組成等。GPC的的優(yōu)點是：快速、簡便、重復性好、進樣量少，可優(yōu)點是：快速、簡便、重復性好、進樣量少，可實現(xiàn)高度自動化。實現(xiàn)高度自動化。 簡介簡介實驗目的實驗目的n1了解了解GPC法測定分子量及分子量分布的原法測定分子量及分子量分布的原理。理。n2掌握掌握GPC法測定分子量及分子量分布的操法測定分子量及分子量分布的操作步驟；測定高聚物試樣的分子量及分子量分作步驟；測定高聚物試樣的分子量及分子量分布。布。分離機理分離機理排斥體積理論排斥體積理論 色譜柱內(nèi)填充著起到分離作用的凝膠，是一種多孔性的高分子聚合體，表面布滿孔隙，能被流動相浸潤，吸附性很小。凝膠色譜法

3、的分離機制是根據(jù)分子的體積大小和形狀不同而達到分離目的。其分離機理眾說不一，目前較通用的一種理論是“排斥體積”理論。該理論認為：在色譜柱中加入高分子溶液，用溶劑淋洗時，體系處于擴散平衡狀態(tài)。聚合物分子在柱內(nèi)流動過程中，不同大小的分子程度不同地滲透到柱內(nèi)有大小孔徑分布的載體的空洞中去。 實驗原理實驗原理體積大于凝膠孔隙的分子，由于不能進入孔隙而被排阻，直接從表面流過，先流出色譜柱；小分子可以滲入大大小小的凝膠孔隙中而完全不受排阻，然后又從孔隙中出來隨流動相流動，后流出色譜柱；中等體積的分子可以滲入較大的孔隙中，但受到較小孔隙的排阻，介乎上述兩種情況之間。色譜柱和柱內(nèi)填料色譜柱和柱內(nèi)填料進樣口進樣

4、口連接檢測器連接檢測器AFLOWC B ABC單分散樣品單分散樣品T分子量的測定分子量的測定 單分散試樣分子量均一，不存在分布和平均值問題，可以根單分散試樣分子量均一，不存在分布和平均值問題，可以根據(jù)據(jù)GPC譜圖求出譜圖求出Ve值，根據(jù)標定曲線求得其分子量值，根據(jù)標定曲線求得其分子量多分散樣品多分散樣品T（2）色譜柱的標定）色譜柱的標定nGPC法測定聚合物分子量是個相對方法，不能法測定聚合物分子量是個相對方法，不能直接測得聚合物的絕對分子量。直接測得聚合物的絕對分子量。nGPC實驗中直接測出的是淋出體積，必須首先實驗中直接測出的是淋出體積，必須首先測定一系列已知分子量的樣品的淋出體積，確測定一

5、系列已知分子量的樣品的淋出體積，確立立logMVe關(guān)系曲線，即該色譜柱的校正曲關(guān)系曲線，即該色譜柱的校正曲線。線。n通過色譜柱校正曲線就可以查出對應于欲測樣通過色譜柱校正曲線就可以查出對應于欲測樣品的分子量及其分布。品的分子量及其分布。圖圖1. 標準試樣的校正曲線標準試樣的校正曲線n色譜柱的標定方法色譜柱的標定方法-校正曲線的測定：校正曲線的測定：n可用已知分子量的單分散標準樣對色譜柱進可用已知分子量的單分散標準樣對色譜柱進行標定。分子量和淋洗體積的關(guān)系如下：行標定。分子量和淋洗體積的關(guān)系如下： log M = A BVe（見圖（見圖1），可采用最小），可采用最小二乘法求出常數(shù)二乘法求出常數(shù)A

6、、B及方程。及方程。（3）普適校正曲線）普適校正曲線n由于聚合物結(jié)構(gòu)的復雜性以及分子量的多分由于聚合物結(jié)構(gòu)的復雜性以及分子量的多分散性，其分子量和分子尺寸不一定成線性關(guān)散性，其分子量和分子尺寸不一定成線性關(guān)系，即不完全符合系，即不完全符合GPC色譜柱的分離機理，色譜柱的分離機理，因此應進行普適校正，以便于測定各種結(jié)構(gòu)因此應進行普適校正，以便于測定各種結(jié)構(gòu)聚合物的分子量。聚合物的分子量。n實驗研究發(fā)現(xiàn)，各種不同聚合物的特性粘數(shù)實驗研究發(fā)現(xiàn)，各種不同聚合物的特性粘數(shù)和分子量和分子量M的乘積，與淋出體積的關(guān)系非的乘積，與淋出體積的關(guān)系非常規(guī)律，即用常規(guī)律，即用 logM 對對Ve作圖得到一條直作圖得

7、到一條直線，即普適校正曲線。線，即普適校正曲線。n實驗中用聚苯乙烯標樣測得該曲線，再通過實驗中用聚苯乙烯標樣測得該曲線，再通過=KM的方程的方程K、變換得到待測聚合物的變換得到待測聚合物的校正曲線。校正曲線。n兩個不同試樣淋出體積相同兩個不同試樣淋出體積相同 Ve1 = Ve2，則，則 1M1 = 2M2 ，n推導出：推導出：logK1 + (1 + 1) logM1 = logK2 + (2 + 1) logM2n若知道若知道M1的分子量，則可計算出的分子量，則可計算出M2：1212122log11log11logMKKM分子結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)不同分子量與物理性質(zhì)的相關(guān)性：不同

8、分子量與物理性質(zhì)的相關(guān)性：nMn與流動性有關(guān)與流動性有關(guān)nMw與制品強度有關(guān)，如張力和抗沖擊力與制品強度有關(guān)，如張力和抗沖擊力nMz與延伸和柔順性有關(guān)與延伸和柔順性有關(guān)nMz+1與擠出膨脹有關(guān)與擠出膨脹有關(guān)分子量大小與物理性質(zhì)的相關(guān)性分子量大小與物理性質(zhì)的相關(guān)性物理性能 隨Mw增大沖擊強度 熔融粘度 加工溫度 脆性 拉伸能力（纖維） 融流 實驗儀器實驗儀器n本實驗采用本實驗采用Waters凝膠滲透色譜儀，該儀器凝膠滲透色譜儀，該儀器包括：高效液相泵，包括：高效液相泵， 折光率檢測器，計算機。折光率檢測器，計算機。樣品首先在高效液相系統(tǒng)中流動，淋洗分離；樣品首先在高效液相系統(tǒng)中流動，淋洗分離；然

9、后溶液通過折光率檢測器，得到的檢測信號然后溶液通過折光率檢測器，得到的檢測信號將傳送到計算機進行紀錄。將傳送到計算機進行紀錄。儀器結(jié)構(gòu)泵泵進樣進樣器器色色譜譜柱柱柱溫箱柱溫箱檢測檢測器器THF, 氯氯仿仿, DMF示差示差檢測檢測器器廢液瓶廢液瓶實驗要求：實驗要求：n1預習報告：預習報告：n2實驗步驟：溶解待測樣品啟動儀器。設(shè)置實驗步驟：溶解待測樣品啟動儀器。設(shè)置操作條件校正儀器基線過濾待測樣品實驗結(jié)束操作條件校正儀器基線過濾待測樣品實驗結(jié)束處理數(shù)據(jù)樣品脫氣，并由進樣口注入樣品開始處理數(shù)據(jù)樣品脫氣，并由進樣口注入樣品開始實驗記錄數(shù)據(jù)。實驗記錄數(shù)據(jù)。n3注意事項：注意事項：n溶解待測樣品，使溶液濃度在溶解待測樣品，使溶液濃度在1%左右；設(shè)定左右；設(shè)定淋洗液流量淋洗液流量1ml min-1；取樣品時應排出空；取樣品時應排出空氣。氣。n4結(jié)果分析：利用儀器所帶的操作軟件對數(shù)據(jù)結(jié)果分析：利用儀器所帶的操作軟件對數(shù)據(jù)進行處理，得到待測物的分子量和分子量分布曲進行處理，得到待測物的分子量和分子量分布曲線（如圖線（如圖2）圖圖2. S-SBR2606的的GPC曲線曲線MV-10.000.0010.0020.0030.00Minutes18.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.0028.0029.0030.001