分子量分布測(cè)定

1、關(guān)于分子量分布的測(cè)定第1頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述6.1.1 測(cè)定高聚物分子量分布的意義6.1.2 高聚物的統(tǒng)計(jì)平均分子量6.1.3 分子量分布的表示方法6.1.4 分子量分布的一般測(cè)定方法第2頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述6.1.1 測(cè)定高聚物分子量分布的意義聚苯乙烯（PSt）：平均分子量十幾萬(wàn) 平均分子量幾千易粉碎，無(wú)實(shí)用價(jià)值 平均分子量20萬(wàn)機(jī)械性能比較好 平均分子量100萬(wàn)難以加工，無(wú)實(shí)用價(jià)值高聚物的性能特別是機(jī)械性能、加工性能及高分子在溶液中的特性等都與高聚物的分子量有關(guān)。第3頁(yè)，共58頁(yè)，2022年

2、，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述高分子材料的加工性能，不僅與高聚物的平均分子量有關(guān)，而且也與分子量分布寬度有關(guān)。 分子量分布寬，成膜性差，抗應(yīng)力開(kāi)裂能力降低滌綸（PET）片基 （可以認(rèn)為是不同分子量高聚物的混合物）； 要求窄分布。 是高聚物的基本特征之一分子量分布 多分散性 用于表征聚合物的鏈結(jié)構(gòu) 是決定高分子材料性能的基本參數(shù)之一因此，研究高聚物就必須掌握分子量分布的測(cè)定方法。第4頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述6.1.2 高聚物的統(tǒng)計(jì)平均分子量高聚物的分子量只具有統(tǒng)計(jì)的意義，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定的分子量只是某種統(tǒng)計(jì)平均分子量。假設(shè)在高聚物樣品中

3、，分子量為Mi的分子數(shù)為Ni,則該部分的質(zhì)量應(yīng)為 Wi = Ni Mi按照不同的統(tǒng)計(jì)平均方法就可得到不同的平均分子量，如數(shù)均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)、Z(Z定義為Zi=Wi Mi)均分子量(MZ)及粘均分子量(M)。這幾種平均分子量可分別按下列各式計(jì)算：第5頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述 Ni Mi Wi Mn = = 數(shù)均分子量 Ni Wi Mi-1 Wi Mi Mw = 重均分子量 Wi Zi Mi Wi Mi2 Mz = = Z均分子量 Zi Wi Mi Wi Mi 1/ M = 粘均分子量 Wi第6頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，

4、11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述 式中的為KM公式中的指數(shù)。當(dāng)-1時(shí)，由上式可知 MMn ；當(dāng)1時(shí)， MMw 。通常為0.51，因此Mn M Mw ，M更接近Mw。用連續(xù)變化函數(shù)f（M）描述如下： 1 Mn = f（M）M-1dM Mw = f（M）MdM f（M）M2dM Mz = f（M）MdM M = f（M）MdM 1/第7頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述有多種測(cè)定高聚物平均分子量的方法。例如用化學(xué)反應(yīng)測(cè)定聚合物的端基數(shù)；利用高聚物的物化性質(zhì)（高分子稀溶液的熱力學(xué)性質(zhì)沸點(diǎn)上升、冰點(diǎn)下降及滲透壓）；利用高聚物的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（超速離心沉降、粘度）；利用高

5、聚物的光學(xué)性質(zhì)（光散射）；利用高聚物的體積排除；各種測(cè)定方法由于分析原理不同，計(jì)算時(shí)所采取的統(tǒng)計(jì)方法也不同，因此，所得到的聚合物平均分子量的統(tǒng)計(jì)意義及所適用的分子量范圍也就不同（見(jiàn)下表）。 第8頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述測(cè)定方法平均分子量適用范圍端基分析Mn3104沸點(diǎn)上升、冰點(diǎn)下降Mn3104氣相滲透壓Mn106凝膠滲透色譜法Mn ,Mw, Mz, M0時(shí)，MWMn；當(dāng)w20時(shí)，MzMW。因此，對(duì)有一定分散性的樣品，四種統(tǒng)計(jì)平均分子量之間的關(guān)系為： Mz MW M Mn只有當(dāng)分子量是均一時(shí)，四種統(tǒng)計(jì)平均分子量的值都相等。第11頁(yè)，共58頁(yè)，2022

6、年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述6.1.3 分子量分布的表示方法 分布寬度指數(shù)(或多分散性系數(shù))雖然反映了分子量分布的寬窄，但不能反映出高聚物各個(gè)級(jí)分的含量和分子量之間的關(guān)系。為了表示高聚物的分子量分布，一般可采用圖解法和函數(shù)法兩種方法表示。 圖解法較簡(jiǎn)單，即把高聚物按分子量大小不同分成若干級(jí)分，測(cè)出每個(gè)級(jí)分的分子量Mi和重量分?jǐn)?shù)Wi，繪制出一張離散型的分子量分布圖。這種分布圖只能粗略地描述各級(jí)分含量和分子量之間的關(guān)系。分子量離散型分子量分布圖質(zhì)量分?jǐn)?shù)第12頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述 當(dāng)離散點(diǎn)數(shù)或所取位置不同時(shí)，分布圖無(wú)法相互比較。

7、另一種圖解法是采用連續(xù)分布曲線。高聚物的微分分布曲線中，橫坐標(biāo)為分子量M，是連續(xù)變量，當(dāng)縱坐標(biāo)用分子量的重量分?jǐn)?shù)時(shí)，得到的曲線是重量分布曲線；采用分子量的摩爾數(shù)時(shí)，得到的為數(shù)量分布曲線。 也可用積分曲線表示連續(xù)曲線。當(dāng)縱坐標(biāo)用累積重量分?jǐn)?shù)（或累積摩爾分?jǐn)?shù)）表示，稱為積分重量分布（或積分?jǐn)?shù)量分布）曲線。分子量M分子量微分分布曲線W(M)分子量M分子量積分分布曲線I(M)第13頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述6.1.4 分子量分布的一般測(cè)定方法 分子量分布的測(cè)定是基于高聚物分子量與某一物性的依賴關(guān)系，采用不同的方法將樣品中不同分子量的分子分開(kāi)。大致可分三類：

8、1. 利用高分子在溶液中的分子運(yùn)動(dòng)性質(zhì)測(cè)定分子量分布。如超速離心沉降法，不僅能測(cè)定平均分子量，也可在離心沉降的過(guò)程中，對(duì)一個(gè)個(gè)級(jí)分分別測(cè)定，從而得到分布曲線。 2. 利用高聚物的溶解度與分子量之間的依賴關(guān)系進(jìn)行分級(jí)。這是實(shí)驗(yàn)室中采用的比較方便的一種方法。在高分子溶液中緩緩加入沉淀劑（或逐步降低溫度），大分子量的高聚物首先析出，因此可分步第14頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.1 概述加入沉淀劑使其分相。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，把沉淀劑分離出來(lái)，在繼續(xù)向溶液中加入沉淀劑，就可以達(dá)到對(duì)高聚物進(jìn)行分級(jí)的目的。 當(dāng)然也可采用逆過(guò)程，即溶解分級(jí)或升溫分級(jí)來(lái)完成這一過(guò)程。 3. 上述兩類

9、方法操作繁瑣且費(fèi)時(shí)，實(shí)際上得到的數(shù)據(jù)都是離散型數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)前最好的方法就是利用高分子流體力學(xué)體積的不同測(cè)定分子量分布，即凝膠滲透色譜法。 本章即重點(diǎn)介紹凝膠滲透色譜法測(cè)定高聚物的分子量及其分布。第15頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2 凝膠色譜6.2.1 高效液相色譜6.2.2 凝膠色譜儀6.2.3 凝膠色譜分離機(jī)理第16頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四凝膠滲透技術(shù)的發(fā)展 凝膠滲透技術(shù)（GPC）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種液相色譜方法，主要用于高分子材料的分子量及其分布的測(cè)定。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，它的應(yīng)用范圍不僅在最初設(shè)想的領(lǐng)域內(nèi)得

10、以深入發(fā)展，而且從高分子材料、生物化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等領(lǐng)域滲透到其它更多的領(lǐng)域。 近年來(lái)，凝膠色譜儀有了長(zhǎng)足的發(fā)展，出現(xiàn)了高速型、高壓型、高效型的儀器，引入了高精度高壓流量泵，高柱效的可自由組合的凝膠色譜柱組，耐高溫體系的系統(tǒng)，高靈敏度、高穩(wěn)定性的檢測(cè)器等單元，大大提高了凝膠滲透技術(shù)的高效高分辨率發(fā)展方向，其中分離核心單元分離柱的填料載體的發(fā)展最為關(guān)鍵，載體的粒度愈小，愈均勻，堆積的愈緊密，柱的分離效率愈高。第17頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四凝膠滲透技術(shù)的發(fā)展 2004年，Waters公司在載體填料技術(shù)上取得了重大突破，并率先用于其液相色譜產(chǎn)品ACQUITY UPLC

11、TM。同當(dāng)前最快的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高效液相色譜系統(tǒng)（HPLC）相比，這些變化，使得一個(gè)樣品的分析時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)縮短到幾十分鐘甚至有可能更短，圖1為Waters公司1998年推出的整體式凝膠滲透色譜儀一個(gè)雙峰聚乙烯的測(cè)試原始譜圖，其中第一個(gè)正峰為所測(cè)聚乙烯的雙峰，另一個(gè)為所測(cè)系統(tǒng)的溶劑峰等，從圖中我們可以看出產(chǎn)生分析樣品所需的峰圖只要40分鐘。第18頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2.1 高效液相色譜（HPLC） 用液體作為流動(dòng)相的色譜稱為液相色譜（見(jiàn)第4章）。經(jīng)典的液相色譜：流動(dòng)相依靠重力緩慢流過(guò)色譜柱，粒度100150m，分級(jí)收集分析，分離效率低，分析速度慢，操作復(fù)雜。

12、高效液相色譜(60年代)：固定相的粒度10m，用高壓輸液泵、自動(dòng)記錄的檢測(cè)器、色譜工作站，效率高，速度快，操作簡(jiǎn)便。 高效液相色譜（high performance liquid chromatography），又稱高壓液相色譜（high pressure liquid chromatography）。6.2 凝膠色譜第19頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四第20頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四液相色譜的分類一.按溶質(zhì)在分離過(guò)程中的機(jī)理1.吸附色譜吸附色譜法的固定相為吸附劑，色譜分離過(guò)程是在吸附劑表面進(jìn)行的。與氣相色譜不同，流動(dòng)相（即溶劑）分子

13、也與吸附劑表面發(fā)生吸附作用。在吸附劑的表面，樣品分子與流動(dòng)相分子進(jìn)行吸附競(jìng)爭(zhēng)，因此，流動(dòng)相的選擇對(duì)分離效果有很大的影響，一般采用梯度洗脫來(lái)提高色譜分離效率。 聚合物分析中，吸附色譜法一般用來(lái)分離添加劑，如偶氮染料、抗氧化劑、表面活性劑等，也可用于石油烴類的組成分析。2.分配色譜這種色譜法的流動(dòng)相和固定相都是液體，樣品分子在兩個(gè)液相之間很快達(dá)到平衡分配，利用各組分在兩相中分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離。故此法與萃取過(guò)程有些類同。6.2 凝膠色譜第21頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2 凝膠色譜 一般常用的固定液有,氧二丙腈(ODPN)、聚乙二醇(PEG 4004000)、三

14、甲撐乙二醇(TMG)和角鯊?fù)?SQ)。采用與GC中同樣的方法，將固定液涂漬在多孔的載體表面，但固定液在使用中易流失。 目前應(yīng)用廣泛的是鍵合固定相。固定液不是涂在載體表面，而是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在純硅膠顆粒表面鍵合上某種有機(jī)基團(tuán)。例如：利用氯代十八烷基硅烷與硅膠表面OH基的反應(yīng)就可以形成烷基化表面。也可利用脂族胺、醚、硝酸酯和芳香烴等鍵合到硅膠表面。這種固定液的優(yōu)點(diǎn)是不易被流動(dòng)相剝蝕。 在分配色譜中，流動(dòng)相可為純?nèi)軇部刹捎没旌先軇┗蜻M(jìn)行梯度洗脫，其極性應(yīng)與固定液差別大，避免兩者之間相溶。通常可分為正相分配和反相分配（見(jiàn)下表）。第22頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2

15、凝膠色譜3.凝膠色譜是根據(jù)樣品中各種分子流體力學(xué)體積的不同來(lái)進(jìn)行分離的，固定相采用凝膠狀多孔性填充劑。分子比凝膠孔徑大的完全不能進(jìn)入孔內(nèi)，隨流動(dòng)相從凝膠顆粒間流出柱外，而較小分子則可或多或少地進(jìn)入孔內(nèi)。因此大分子流程短，保留值??；小分子流程長(zhǎng)，保留值大，所以，凝膠色譜是按分子流體力學(xué)體積的大小，從大到小順序進(jìn)行分離。凝膠類型凝膠名稱耐壓性流動(dòng)相軟質(zhì)有機(jī)膠交聯(lián)葡聚糖凝膠交聯(lián)聚丙稀酰胺凝膠常壓水半硬質(zhì)有機(jī)膠高交聯(lián)聚苯乙烯較高壓有機(jī)溶劑硬質(zhì)無(wú)機(jī)膠多孔硅膠多孔玻珠高壓凝膠色譜的固定相分類第23頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2 凝膠色譜 凝膠色譜的特點(diǎn)是樣品的保留體積不會(huì)

16、超出色譜柱中溶劑的總量，因而保留值的范圍是可以推測(cè)的，這樣可以每隔一定時(shí)間連續(xù)進(jìn)樣而不會(huì)造成譜峰的重疊，提高了儀器的使用率。當(dāng)然伴隨的缺點(diǎn)是柱容量較小。 凝膠色譜還有其它的名稱，如排除色譜(exclusion chromatography), 在生物界常稱為凝膠過(guò)濾色譜(gel filtration chromatography)，而在高分子界中則稱凝膠滲透色譜(gel permeation chromatography)在本書(shū)中采用凝膠色譜的名稱，而在簡(jiǎn)稱時(shí)則沿用高分子領(lǐng)域中的習(xí)慣名稱GPC。 實(shí)際工作中可依據(jù)樣品性質(zhì)的不同，選用以上幾種不同類型的液相色譜（見(jiàn)教材195頁(yè)表8-4）。第24頁(yè)

17、，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2 凝膠色譜二.按色譜固定相的形式 1.平板色譜（平面色譜） 2.柱色譜三.按分離的壓力 1.高壓液相色譜（高效液相色譜） 2.中壓液相色譜 3.常壓液相色譜第25頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四基本理論 （一）分子篩效應(yīng)一個(gè)含有各種分子的樣品溶液緩慢地流經(jīng)凝膠色譜柱時(shí)，各分子在柱內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著兩種不同的運(yùn)動(dòng)：垂直向下的移動(dòng)和無(wú)定向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。大分子物質(zhì)由于直徑較大，不易進(jìn)入凝膠顆粒的微孔，而只能分布顆粒之間，所以在洗脫時(shí)向下移動(dòng)的速度較快。小分子物質(zhì)除了可在凝膠顆粒間隙中擴(kuò)散外，還可以進(jìn)入凝膠顆粒的微孔中，即

18、進(jìn)入凝膠相內(nèi)，在向下移動(dòng)的過(guò)程中，從一個(gè)凝膠內(nèi)擴(kuò)散到顆粒間隙后再進(jìn)入另一凝膠顆粒，如此不斷地進(jìn)入和擴(kuò)散，小分子物質(zhì)的下移速度落后于大分子物質(zhì)，從而使樣品中分子大的先流出色譜柱，中等分子的后流出，分子最小的最后流出，這種現(xiàn)象叫分子篩效應(yīng)。具有多孔的凝膠就是分子篩。各種分子篩的孔隙大小分布有一定范圍，有最大極限和最小極限。分子直徑比凝膠最大孔隙直徑大的，就會(huì)全部被排阻在凝膠顆粒之外，這種情況叫全排阻。兩種全排阻的分子即使大小不同，也不能有分離效果。直徑比凝膠最小孔直徑小的分子能進(jìn)入凝膠的全部孔隙。如果兩種分子都能全部進(jìn)入凝膠孔隙，即使它們的大小有差別，也不會(huì)有好的分離效果。因此，一定的分子篩有它一

19、定的使用范圍。第26頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四基本理論 （一）分子篩效應(yīng) 綜上所述，在凝膠色譜中會(huì)有三種情況，一是分子很小，能進(jìn)入分子篩全部的內(nèi)孔隙；二是分子很大，完全不能進(jìn)入凝膠的任何內(nèi)孔隙；三是分子大小適中，能進(jìn)入凝膠的內(nèi)孔隙中孔徑大小相應(yīng)的部分。大、中、小三類分子彼此間較易分開(kāi)，但每種凝膠分離范圍之外的分子，在不改變凝膠種類的情況下是很難分離的。對(duì)于分子大小不同，但同屬于凝膠分離范圍內(nèi)各種分子，在凝膠床中的分布情況是不同的：分子較大的只能進(jìn)入孔徑較大的那一部分凝膠孔隙內(nèi)，而分子的可進(jìn)入較多的凝膠顆粒內(nèi)，這樣分子較大的在凝膠床內(nèi)移動(dòng)距離較短，分子較小的移動(dòng)距

20、離較長(zhǎng)。于是分子較大的先通過(guò)凝膠床而分子較小的后通過(guò)凝膠床，這樣就利用分子篩可將分子量不同的物質(zhì)分離。另外，凝膠本身具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大的分子在通過(guò)這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的孔隙時(shí)阻力較大，小分子通過(guò)時(shí)阻力較小。分子量大小不同的多種成份在通過(guò)凝膠床時(shí)，按照分子量大小“排隊(duì)，凝膠表現(xiàn)分子篩效應(yīng)。第27頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四慢中等快液相色譜基本原理Temporal course淋洗液第28頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2.2 凝膠色譜儀 凝膠色譜是液相色譜的一種，其典型的流程圖與液相色譜的相一致。只要換上凝膠色譜柱，高效液相色譜(HPLC)

21、儀器就成為凝膠色譜儀。典型液相色譜儀流程圖6.2 凝膠色譜第29頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四1100高效液相色譜實(shí)物照片第30頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四 高效液相色譜儀的主要部件：貯液罐、高壓輸液泵、進(jìn)樣裝置、色譜柱、檢測(cè)器、記錄儀和數(shù)據(jù)處理裝置。高效液相色譜儀的組成1-貯液罐 2-攪拌 3-脫氣器 3-梯度洗脫裝置 4-高壓輸液泵 5-流量計(jì) 6-柱前壓力表 7-輸液泵泵頭 8-過(guò)濾器 9-阻尼器 10-六通閥 11-色譜柱 12-檢測(cè)器 13-數(shù)據(jù)記錄處理 14-廢液6.2 凝膠色譜第31頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，1

22、1點(diǎn)17分，星期四 高效液相色譜儀雖然品牌多，有許多生產(chǎn)廠商，但都由五部分組成，即：流動(dòng)相系統(tǒng)（儲(chǔ)存和輸送液體設(shè)備）分離系統(tǒng)（色譜柱）進(jìn)樣系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6.2 凝膠色譜第32頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四4 凝膠色譜凝膠滲透色譜是按照試樣中組分分子大小的順序進(jìn)行分離的色譜分析法，它也稱為空間排斥色譜。凝膠色譜的固定相是凝膠，它是一種多孔性的聚合材料，表面含有許多不同尺寸的孔穴或立體網(wǎng)狀物質(zhì)，其孔穴的大小與被測(cè)物質(zhì)的大小相當(dāng)。對(duì)于試樣中太大的那些分子，由于不能進(jìn)入孔穴而被排斥，隨流動(dòng)相移動(dòng)而最先流出；小分子則能滲入孔隙中而完全不受排斥，所以最后流出；中

23、等大小的分子則可滲入較大的孔隙中，但受到較小孔隙的排斥，其流出介于上述兩者之間。第33頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四根據(jù)所用流動(dòng)相不同，凝膠色譜分為兩類：用水溶液作流動(dòng)相的叫凝膠過(guò)濾色譜；用有機(jī)溶劑作流動(dòng)相的叫凝膠滲透色譜。一般說(shuō)來(lái)，分子量的差別需在10% 以上時(shí)才能得到分離。凝膠色譜不能分離復(fù)雜的混合物，它主要用于獲得分散性聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量分布情況。第34頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四流動(dòng)相系統(tǒng)在氣相色譜中，作為流動(dòng)相的載氣僅起沖洗作用。而在HPLC中，不同的流動(dòng)相其極性、濃度、粘度差異較大，可供選擇的流動(dòng)相也較多。同時(shí)，在色譜柱中

24、流動(dòng)相不僅起沖洗作用，還參與分離過(guò)程，對(duì)分離效果影響較大。流動(dòng)相系統(tǒng)由流動(dòng)相貯槽、脫氣裝置、高壓泵和程序控制器組成。高壓泵是HPLC中的重要部件，它直接影響儀器性能。要求高壓泵能抗溶劑腐蝕、流量恒定、無(wú)脈動(dòng)、有較大的調(diào)節(jié)范圍、輸出壓力達(dá)1545MPa、泵的死體積小。程序控制器（即梯度裝置或比例閥）的功能是按照一定的程序連續(xù)改變流動(dòng)相組成，以實(shí)現(xiàn)梯度洗脫。6.2 凝膠色譜第35頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四分離系統(tǒng)是HPLC的心臟部分，由預(yù)柱、色譜柱、恒溫箱、柱后衍生裝置等組成。色譜柱是用內(nèi)部拋光的直形不銹鋼柱制成，長(zhǎng)度一般為1060cm。柱內(nèi)徑依照用途不同是不一樣的

25、，分析柱約為24mm；凝膠柱約為710mm；而制備柱的內(nèi)徑可超過(guò)25mm。預(yù)柱的長(zhǎng)度短，內(nèi)徑與色譜柱匹配。恒溫箱用于存放色譜柱，同時(shí)通過(guò)加熱或冷卻裝置，為色譜柱以及流動(dòng)相提供恒溫條件。柱后衍生裝置主要根據(jù)分析要求而設(shè)在色譜柱后和檢測(cè)器前的一種附件。6.2 凝膠色譜第36頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2 凝膠色譜進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)包括手動(dòng)進(jìn)樣和自動(dòng)進(jìn)樣。無(wú)論手動(dòng)進(jìn)樣還是自動(dòng)進(jìn)樣，都要通過(guò)六通閥。六通閥進(jìn)樣是高壓系統(tǒng)的需要，既不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行又能讓樣品進(jìn)到系統(tǒng)中去。第37頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四檢測(cè)系統(tǒng)在GC中，流動(dòng)相與被測(cè)組分的

26、物理性質(zhì)差別較大，檢測(cè)比較溶液。在HPLC中，流動(dòng)相(溶劑)與被測(cè)組分(溶質(zhì))的物理性質(zhì)往往很相似，檢測(cè)比較困難，一般采用以下幾種方式：測(cè)定柱后流出液總的物性變化。采用諸如示差折光檢測(cè)器、電導(dǎo)檢測(cè)器等；采用對(duì)流動(dòng)相無(wú)訊號(hào)，而對(duì)被測(cè)組分敏感的檢測(cè)器，如紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器等；在檢測(cè)之前除去流動(dòng)相，如質(zhì)譜檢測(cè)器。目前，使用較多的檢測(cè)器是紫外檢測(cè)器(UVD)和示差折光檢測(cè)器(RID)。在具體使用中可視分析要求和樣品組分的性質(zhì)應(yīng)選用不同的檢測(cè)器。幾種常用檢測(cè)器性能見(jiàn)教材196頁(yè)表8-5。6.2 凝膠色譜第38頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四儀器名稱： 凝膠滲透色譜儀 GPC

27、1515 （美國(guó) Waters 公司）技術(shù)指標(biāo)：有效分子量范圍： 05000 溶劑：四氫呋喃 主要用途： 用于聚合物分子量的測(cè)定。第39頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四凝膠滲透色譜儀（THF流動(dòng)相）（） 凝膠色譜是按物質(zhì)分子量大小進(jìn)行分離與分析的技術(shù)。HP1100 GPC凝膠色譜儀配置GPC(凝膠滲透色譜)與GFC(凝膠過(guò)濾色譜)兩個(gè)獨(dú)立測(cè)量系統(tǒng)：1、GPC系統(tǒng)配置：?jiǎn)卧?可變流速)、柱溫箱(低于環(huán)境溫度10C55C，可程序變溫)、手動(dòng)進(jìn)樣器(20ml或100ml)、紫外/可見(jiàn)檢測(cè)器與示差折光檢測(cè)器。主要用于可溶于四氫呋喃溶劑的高分子的分子量和分子量分布表征，相對(duì)分

28、子量范圍：5003106。 第40頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四HP1100第41頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四依照凝膠色譜的特點(diǎn)，測(cè)定聚合物分子量分布曲線的同時(shí)，需能同時(shí)測(cè)定每個(gè)級(jí)分的濃度和分子量，因此除了在一般HPLC種使用的濃度檢測(cè)器外，還配有分子量檢測(cè)器。分子量檢測(cè)方法有兩大類：1. 間接測(cè)定法通過(guò)測(cè)定洗脫體積或保留時(shí)間推測(cè)相應(yīng)分子量該法的優(yōu)點(diǎn)是儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，但不能直接得出分子量的數(shù)值，需采用標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行校正。2. 直接測(cè)定法(如粘度法和光散射法等) 粘度法用自動(dòng)粘度檢測(cè)器測(cè)定柱后流出液特性粘度。依照Mark-Houwink方程計(jì)

29、算而得分子量。 光散射法用此法可以直接測(cè)定洗脫液中聚合物的重均分子量，是一種測(cè)定絕對(duì)分子量的方法?？刂坪蛿?shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、色譜工作站、譜庫(kù)軟件等。完成數(shù)據(jù)采集和對(duì)儀器的控制工作。此外，還有氣源、廢液回收瓶等輔助系統(tǒng)。6.2 凝膠色譜第42頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.2 凝膠色譜6.2.3 凝膠色譜分離機(jī)理 1. 凝膠色譜的色譜過(guò)程方程 凝膠色譜是用多孔填料填充的，其分離能力與填料孔徑有關(guān)。 GPC柱的總體積由三部分組成，即填料骨架體積、填料孔體積和填料粒間體積。其中填料骨架體積對(duì)分離不起作用，柱空間體積主要由后兩部分組成。因此，當(dāng)把第4章中的色譜過(guò)程方程

30、VR = VM KVS 用于凝膠色譜時(shí)，VM代表填料粒間體積，VS代表填料孔體積。VR也稱為洗脫體積。樣品在分離過(guò)程中，大分子的保留體積為VM，小分子的保留體積則為VMVS。因此，分配系數(shù)應(yīng)在0與1之間，即0K1。第43頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.3 凝膠色譜的數(shù)據(jù)處理1 普適校正法因：分子量相同而結(jié)構(gòu)不同的高聚物在溶液中的流體力學(xué)體積相同。故：1法和2法的校正曲線只能用于測(cè)定與標(biāo)樣同類的高聚物則：可采用流體力學(xué)體積來(lái)標(biāo)定高聚物的校正曲線，即普適校正法。依據(jù)聚合物鏈的等效流體力學(xué)球模型 = NV/M (Einstein粘度) 用來(lái)M表征聚合物的流體力學(xué)體積，則

31、lgM-V比lgM-V更具普適性。不同聚合物在相同GPC實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)保留值相同時(shí)有1M1 = 2M2第44頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.3 凝膠色譜的數(shù)據(jù)處理聯(lián)合Mark-Houwink方程= KM 可得K1M11+1 = K2M21+2 取對(duì)數(shù)并整理得lgM2=1/(1+2)lg(K1/K2)+(1+1)/(1+2)lgM1因此已知兩種高聚物樣品在實(shí)驗(yàn)條件下的參數(shù)K1,K2,1,2值，就可用上式由第一種高聚物的校正曲線換算成第二種高聚物的校正曲線。對(duì)線性和無(wú)規(guī)線團(tuán)形狀的高分子的普適性較好；對(duì)長(zhǎng)支鏈的高分子或棒狀剛性高分子的普適性有待進(jìn)一步研究。優(yōu)點(diǎn)：只要一種

32、高聚物校正曲線缺點(diǎn)：兩種高聚物的K和值必須已知第45頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四6.4 凝膠色譜在高分子研究中的應(yīng)用6.4.1 生產(chǎn)加工過(guò)程中的應(yīng)用6.4.2 共聚物的研究6.4.3 支化聚合物的研究6.4.4 高分子材料中低分子物的測(cè)定6.4.5 老化過(guò)程的研究第46頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)17分，星期四 6.4.1 生產(chǎn)及加工過(guò)程中的應(yīng)用 監(jiān)測(cè)聚合過(guò)程，選擇最佳工藝，研究聚合條件。例1：苯乙烯在不同溫度下的輻射聚合GPC曲線。1 30 ，4.98%，單峰，自由基2 15 ，5.47%，3 0 ，5.30%，4-10 ，4.59%，雙峰，離子型推測(cè)：苯乙烯在低溫下的輻射聚合過(guò)程，可能同時(shí)存在自由基和陽(yáng)離子聚合及其兩種機(jī)理的過(guò)渡狀態(tài)。6.4 凝膠色譜在高分子研究中的應(yīng)用第47頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月