凝膠滲透法課件

GPC測定聚合物分子量及分子量分布

云南大學(xué)材料系肖雪春一、實驗?zāi)康模?、了解凝膠滲透色譜法測定高聚物分子量及分子量分布的原理。2、了解美國Agilent1100凝膠滲透色譜的儀器構(gòu)造和凝膠滲透色譜的實驗的技術(shù)。3、掌握凝膠滲透色譜法數(shù)據(jù)處理方法。二、實驗原理：（一）、高聚物的分子量

高聚物的分子量有兩個特點：一個是它的分子量比小分子大得多，二是分子量都不是均一的，具有多分散性，即聚合物的相對分子質(zhì)量存在分布。由于高聚物分子量的分散性，因此，高聚物不像小分子一樣有唯一確定的分子量值，它的分子量只有統(tǒng)計的意義，通過各種實驗測定出來的分子量只是某種統(tǒng)計的平均值。從統(tǒng)計的角度來說有：平均分子量＝（統(tǒng)計單元的權(quán)重╳該單元的分子量）的總和。2、重均分子量以分子的質(zhì)量wi作為統(tǒng)計單元，統(tǒng)計的權(quán)重就是該分子的質(zhì)量分數(shù)Wi，則有：3、Z均分子量以作為統(tǒng)計單元。4、粘均分子量這里的α指的是Mark-Houwink方程中當(dāng)α＝－1，<≤<==α＝1，5、分子量分布以多分散系數(shù)來表征高聚物的分子量分布，用d表示，其可用以下表示：（三）、CPC的工作原理

GPC是一種特殊的液相色譜，所用儀器實際上就是一臺高效液相色譜（HPLC）儀，主要配置有輸液泵、進樣器、色譜柱、濃度檢測器和計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

與HPLC最明顯的差別在于二者所用色譜柱的種類（性質(zhì)）不同：HPLC根據(jù)被分離物質(zhì)中各種分子與色譜柱中的填料之間的親和力不同而得到分離，GPC的分離對象是同一聚合物中不同相對分子質(zhì)量的高分子組分。三、實驗設(shè)備和材料1、GPC儀：GPC儀主要由輸液系統(tǒng)、進樣器、色譜柱、濃度檢測器、分子量檢測器及一些附屬電子儀器組成，構(gòu)造示意圖如下圖所示。⑵、相對分子質(zhì)量檢測器檢測方法有兩種，即間接法和直接法。間接法：即體積指示法。由于凝膠色譜法是按分子大小分離，對給定色譜柱來說，一定大小的分子必然在一定體積時淋出，如果用已知相對分子質(zhì)量的標樣標定好色譜線得一系列相對分子質(zhì)量與淋出體積的關(guān)系，對未知樣品只要淋出體積，用上述的相對分子質(zhì)量與淋出體積的關(guān)系即可得出該樣品的相對分子質(zhì)量。直接法：目前已采用的有自動粘度計和小角激光散射光度計（LALLS）作為凝膠色譜的相對分子質(zhì)量檢測器，能直接測定淋出液的重均分子質(zhì)量，無需標定曲線，是真正的絕對方法。(3)、柱的填料填料要求具有高分辨率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，一定的機械強度，不易變形，流動阻力小，對試樣沒有吸附作用，分離范圍愈大愈好。填料可分為有機高分子填料和無機填料。有機高分子填料：交聯(lián)聚苯乙烯凝膠，交聯(lián)聚乙酸乙烯酯凝膠，交聯(lián)聚甲基丙烯酸酯凝膠，交聯(lián)聚丙烯酰胺凝膠，交聯(lián)葡聚糖凝膠及交聯(lián)瓊酯糖凝膠等。這類填料是溶脹型的。無機填料：多孔性硅膠，多孔性玻璃珠等。這類填料不會溶脹或收縮，但可能會出現(xiàn)吸附效應(yīng)，使用時應(yīng)予注意。(4)、溶劑的選擇A、必須能溶解樣品、潤濕填料，且要防止吸附作用。B、溶劑的粘度要適當(dāng)，不能太高C、溶劑應(yīng)與檢測器相匹配，不破壞填料，不腐蝕儀器，且沸點應(yīng)比使用溫度高25~50℃。最常用的有機溶劑有四氫呋喃、1，2，4－三氯苯、鄰－二氯苯、甲苯等。2、其它設(shè)備：配樣瓶、注射針筒、過濾器3、實驗材料：四氫呋喃溶劑、懸浮聚合的聚苯乙烯、窄相對分子質(zhì)量分布的聚苯乙烯。四、實驗步驟1、流動相的準備：重蒸四氫呋喃溶劑，經(jīng)過濾后備用2、樣品溶液配制

向色譜柱配備的三個標樣配樣瓶（紅、藍、綠色三個）中注入約2mL溶劑溶解標樣，后用過濾器過濾。在配備的樣品配樣瓶中，注入約2mL溶劑，溶解后過濾。4、進樣：待儀器的基線穩(wěn)定后，從Method菜單選擇“Runmethod”，進樣。將進樣器把手扳到“LOAD”位(動作要迅速)，用進樣注射器吸取樣品20μl，并注入進樣器(注意排除氣泡)。這時將進樣器把手扳到“INJECT”位（動作要迅速），即進樣完成，同時應(yīng)用進樣記錄。一樣品測試完成（不再出峰時），可按前面步驟再進其它樣品。5、實驗結(jié)束，清洗進樣器，用適當(dāng)?shù)娜軇_洗系統(tǒng)10分鐘，然后關(guān)泵。退出化學(xué)工作站，關(guān)閉電腦，然后再關(guān)閉GPC儀器各模塊的電源開關(guān)。6、通過分析軟件，對已知的窄相對分子質(zhì)量分布的聚苯乙烯的GPC色譜圖進行分析得出GPC的校準曲線，然后，利用校準曲線對懸浮聚合的聚苯乙烯進行分析計算，得出結(jié)果。實驗證明在多孔填料的滲透極限范圍內(nèi)Ve和M有如下關(guān)系：lgM=A+BVe式中A、B為與聚合物、溶劑、溫度、填料及儀器有關(guān)的常數(shù)。通過使用一組單分散性分子量不同的試樣作為標準樣品，分別測定它們的淋出體積Ve和分子量，做lgM對Ve直線圖，可求得特性常數(shù)A和B。這一直線就是GPC的校正曲線。待測聚合物被淋洗通過GPC柱時，根據(jù)其淋出體積，就可以從校正曲線上算得相應(yīng)的分子量。

GPC校準曲線有了校正曲線，即可根據(jù)Ve讀得相應(yīng)的分子量。本實驗數(shù)據(jù)處理步驟（1）打開電腦上“instrumentoffline”分析軟件，進入數(shù)據(jù)分析畫面"DataAnalysis"。（2）從DATA\GPC_DEMO子目錄調(diào)入數(shù)據(jù)文件001-0101，此數(shù)據(jù)含有使用示差折光檢測器檢測的聚苯乙烯標樣混合物。（3）通過GPC|GPC-Settings...檢查并修改GPC設(shè)置,如果GPC-Settings是灰的不能使用，請先選擇ActivateGPC來激活GPC軟件。注：創(chuàng)建新的CalibrationTable時請務(wù)必選Default.cal。這相當(dāng)于一個模板。另外，選擇報告中是要計算指定分子量的百分比分布（MassFractionatM[D]）還是指定百分比時的分子量值（MolarMassatM[%]）。（4）從GPC菜單選擇“CalculateGPC-Results“GPC-Addon軟件將打開并已經(jīng)設(shè)置好基線，缺省的default.cal校正曲線用于產(chǎn)生分子量數(shù)據(jù)。（６）現(xiàn)在我們可以根據(jù)峰保留時間和已知的摩爾質(zhì)量產(chǎn)生校正表：A、單擊Window＞Calibration菜單，然后在GPC-Addon軟件屏幕菜單欄使用File＞New產(chǎn)生新的空白校正文件。B、選中以激活elugram窗口，在最左側(cè)第一個峰X軸下右鍵單擊并選擇findmaximum。軟件會自動找到該峰的保留時間。按照表１輸入相應(yīng)摩爾質(zhì)量并選擇Addtocalibration添加到校正表。（７）對于峰2到4重復(fù)此步驟。.（８）切換回化學(xué)工作站并調(diào)入下一個校正文件(002-0201)，從GPC菜單選擇計算GPC結(jié)果“CalculateGPC-Results”。（９）在GPCAddon軟件的Elugram窗口，我們繼續(xù)在X軸下面左數(shù)第一個峰的位置下單擊右鍵，并選擇findmaximum找最大，從表1輸入相應(yīng)摩爾質(zhì)量并選擇“Addtocalibration”添加到校正表。（１０）對于峰2到4重復(fù)此步驟。.（１１）切換回化學(xué)工作站并調(diào)入下一個校正文件(003-0301)，重復(fù)步驟（８）到（１０）。（１２）當(dāng)所有12個校正標準都已經(jīng)添加到校正表中后，選中以激活Calibration校正窗口，使用“PSSPoly5"來擬合數(shù)據(jù)并從菜單中選擇File>SaveAs以“ps_thf.cal”作為文件名。2、分析實際樣品（1）切換到化學(xué)工作站并進入數(shù)據(jù)分析畫面"DataAnalysis"。（2）從DATA\GPC_DEMO子目錄調(diào)入數(shù)據(jù)文件049-0401（假設(shè)此數(shù)據(jù)文件為實際分析樣品且設(shè)置了正確的積分設(shè)置），此數(shù)據(jù)是以示差折光檢測器檢測的聚苯乙烯寬標標樣。（3）通過GPC>GPC-Settings...檢查并修改GPC設(shè)置。注意，這時，我們要選擇剛剛建立的校正曲線ps_thf.cal而不再是Default.cal。點擊…Browse,選擇剛剛做好的標準曲線文件ps-thf.CAL，（4）從GPC菜單選擇“CalculateGPC-Results”GPC-Addon軟件將打開并已經(jīng)設(shè)置好