凝膠滲透色譜GPC的原理(lǐ)及應用
一. GPC概述
1.1 凝膠滲透色譜的發展曆史
凝膠滲透色譜[GPC (Gel Permeation Chromatography)] 也稱作(zuò)體(tǐ)積排斥色譜[SEC (Size Exclusion Chromatography)]是用溶劑作(zuò)流動相，流經多(duō)孔填料(如多(duō)孔矽膠或多(duō)孔樹(shù)脂) 作(zuò)為(wèi)分離介質的液相色譜法。
1953年Wheaton和(hé)Bauman用多(duō)孔離子交換樹(shù)脂按分子量大(dà)小(xiǎo)分離了苷、多(duō)元醇和(hé)其它非離子物質，觀察到分子尺寸排除現象。
1959年Porath和(hé)Flodin用葡聚糖膠聯制(zhì)成凝膠來(lái)分離水(shuǐ)溶液中不同分子量的樣品。
1962年J.C.Moore将高(gāo)交聯度聚苯乙烯-二乙烯基苯樹(shù)脂用作(zuò)柱填料，以連續式高(gāo)靈敏度的示差折光儀，并以體(tǐ)積計(jì)量方式作(zuò)圖，制(zhì)成了快速且自動化的高(gāo)聚物分子量及分子量分布的測定儀，從而創立了液相色譜中的凝膠滲透色譜技(jì)術(shù)。
1.2 GPC分離原理(lǐ)
A.固定相是多(duō)孔填料，小(xiǎo)分子樣品可(kě)以進入孔徑內(nèi)部
B.樣品與固定相之間(jiān)無作(zuò)用力
C.遷移時(shí)間(jiān)不同
1.3 GPC是如何工作(zuò)的
1.4 為(wèi)什麽要用GPC方法
相對分子量分布(多(duō)分散性指數(shù))對聚合物的性質有(yǒu)重要影(yǐng)響。
在相對分子質量分布（多(duō)分散性指數(shù)）成為(wèi)人(rén)們關注的熱點後，經典方法卻不能同時(shí)測定聚合物的相對分子質量分布。凝膠滲透色譜(GPC)的應用改善了測試條件，并提供了可(kě)以同時(shí)測定聚合物的相對分子質量及其分布的方法，使其成為(wèi)測定高(gāo)分子相對分子質量及其分布最常用、快速和(hé)有(yǒu)效的技(jì)術(shù)。
二. 凝膠滲透色譜儀的基本結構
GPC的基本結構與組成大(dà)緻是相同的。一般由泵系統、進樣系統（分為(wèi)手動進樣和(hé)自動進樣）、凝膠滲透色譜柱系統（包括色譜柱恒溫箱）、檢測系統及數(shù)據采集與處理(lǐ)系統組成，如圖所示。
2.1 泵系統
泵系統一般由高(gāo)效液相色譜泵和(hé)在線脫氣裝置組成，其作(zuò)用是使流動相溶劑以恒定的流速流入色譜柱。泵的精确程度是GPC儀器(qì)一個(gè)非常重要的技(jì)術(shù)指标，直接影(yǐng)響到計(jì)算(suàn)數(shù)據的準确性。現在優秀的GPC儀器(qì)泵的精度誤差已經可(kě)以低(dī)于1%。
泵流速精度的影(yǐng)響：分子量
高(gāo)流速精度是獲得(de)重現性GPC結果的基礎，表面上(shàng)微小(xiǎo)的流速誤差會(huì)導緻分子量計(jì)算(suàn)的很(hěn)大(dà)誤差。
2.2 進樣系統
将配置好的一定濃度的聚合物溶液通(tōng)過微量注射器(qì)注入到色譜柱的一個(gè)裝置，分為(wèi)手動進樣和(hé)自動進樣。自動進樣由機械傳動裝置帶動取樣，進樣量精度要高(gāo)于手動進樣，而且自動進樣可(kě)以實現連續自動化操作(zuò)，工作(zuò)效率高(gāo)。
2.3 分離系統
分離系統即色譜柱。色譜柱就是在一根不鏽鋼空(kōng)心管中加入孔徑不同的凝膠顆粒作(zuò)為(wèi)分離介質。
對色譜柱中填充的凝膠顆粒最基本的要求是不能被流動相溶劑溶解。
GPC色譜柱類型
普通(tōng)凝膠柱：按照不同的排阻極限分成很(hěn)多(duō)種型号(如GPC-80X)，每種排阻極限的柱子使用同一種凝膠顆粒，在一段範圍內(nèi)校(xiào)正曲線成線性。
混合凝膠柱：一種型号(如GPC-80M)，使用混合凝膠顆粒，在較寬範圍內(nèi)校(xiào)正曲線都成線性，可(kě)消除不同柱子串聯時(shí)可(kě)能産生(shēng)非線性校(xiào)正曲線導緻結果偏差的問題。
GPC色譜柱選擇
按照樣品所溶解的溶劑來(lái)選擇柱子所屬系列：THF、氯仿、二甲基甲酰胺 (DMF)等，必須選擇合适的溶劑來(lái)溶解聚合物。
按照樣品分子量範圍來(lái)選擇柱子型号：樣品分子量應該處在排阻極限和(hé)滲透極限範圍內(nèi)，并且最好是處在校(xiào)正曲線線性範圍內(nèi)。
2.4 檢測系統
GPC的檢測根據信号響應性分成兩類：通(tōng)用型和(hé)選擇型。
通(tōng)用型對所有(yǒu)檢測的樣品都有(yǒu)信号響應，可(kě)以滿足所有(yǒu)樣品的檢測。除了早期使用的示差檢測器(qì)，還(hái)有(yǒu)粘度檢測器(qì)、激光光散射檢測器(qì)等。
選擇型檢測器(qì)是隻對被測物質的某種物理(lǐ)或化學特性産生(shēng)信号響應，所以隻适用于某一類特殊的聚合物。這種檢測器(qì)包括單一波長紫外檢測器(qì)，二級管陣列紫外檢測器(qì)及熒光檢測器(qì)等。
2.4.1 通(tōng)用型檢測器(qì)——示差檢測器(qì)
屬于濃度敏感型檢測器(qì)，在使用中對壓力和(hé)溫度變化非常敏感。
聚合物溶液不同，所産生(shēng)的折射率就不同，而在稀溶液範圍內(nèi)，△n與溶液濃度成正比，這就是示差檢測器(qì)的檢測原理(lǐ)。
2.4.2 選擇型檢測器(qì)
在GPC中應用較多(duō)的一種選擇型檢測器(qì)是紫外檢測器(qì)，适用于有(yǒu)紫外吸收基團的聚合物檢測。如含有(yǒu)苯環、共轭雙鍵的聚合物會(huì)在紫外檢測器(qì)上(shàng)産生(shēng)明(míng)顯吸收。
三. 樣品制(zhì)備方法
1. 樣品前處理(lǐ)：樣品需要經過幹燥，除掉水(shuǐ)分及其他雜質。樣品中的水(shuǐ)分及雜質也會(huì)在色譜圖上(shàng)産生(shēng)相應的色譜峰，會(huì)幹擾樣品本身的色譜峰。
2. 進樣濃度：不同分子量範圍的樣品适合不同的濃度，需要根據樣品情況進行(xíng)調整。
3. 樣品溶解：一般樣品的溶解時(shí)間(jiān)是4～12h,對于橡膠類大(dà)分子，溶解48～72h才能使分子鏈完全解開(kāi)。為(wèi)了增加樣品的溶解，在溶解過程中可(kě)以輕微擾動樣品溶液，但(dàn)嚴禁劇(jù)烈搖動或用超聲波處理(lǐ)，以免分子鏈發生(shēng)斷鏈。
4. 過濾：為(wèi)了避免樣品中有(yǒu)不溶解的顆粒或者大(dà)的分子鏈堵塞色譜柱孔徑，聚合物溶液必須經過0.45um的過濾膜過濾。在高(gāo)溫型GPC中，可(kě)以使用在線過濾器(qì)。
四. 數(shù)據處理(lǐ)方法
4.1 校(xiào)正曲線
逐一注入聚合物标樣以确定分子量與保留時(shí)間(jiān)的關系：
4.2 GPC校(xiào)正方法
窄分布标樣校(xiào)正法
選用與被測樣品同類型的單分散性(d≤1.1)标樣，先用其他方法精确測定其平均相對分子質量，然後與被測樣品在同樣的條件下進行(xíng)GPC分析。
普适校(xiào)正法
此法的優點是隻要用一種高(gāo)聚物（一般用窄分布聚苯乙烯）作(zuò)标準曲線就可(kě)以測定其他類型的聚合物，但(dàn)先決條件是2種高(gāo)聚物的K和(hé)α值必須己知。
漸進試差法(寬分布标樣校(xiào)正法)
這種方法不需要窄分布樣品，其标樣可(kě)為(wèi)1~3個(gè)不同相對分子質量的寬分布标樣（平均相對分子質量精确測量，Mw和(hé)Mn為(wèi)已知），采用數(shù)學處理(lǐ)方法得(de)到漸進試差法的校(xiào)正曲線。
五. GPC的應用
5.1測定聚合物材料的相對分子質量及分布
5.2 GPC積分曲線
5.3 聚合物中助劑的測定
5.4 制(zhì)備窄分布的聚合物
這裏講的窄分布聚合物樣品的制(zhì)備方法與高(gāo)化中通(tōng)過活性聚合得(de)到窄分布聚合物樣品的方法不同，是指通(tōng)過物理(lǐ)分級的方法分離原本相對分子質量比較寬的樣品。
使用的儀器(qì)是制(zhì)備型GPC，制(zhì)備型GPC的結構與原理(lǐ)與常用的分析型GPC基本相同。有(yǒu)所區(qū)别的是泵的流速要高(gāo)，色譜柱的管徑要出些(xiē)，進樣濃度與進樣量都要大(dà)。一般的GPC樣品流過檢測器(qì)之後就作(zuò)為(wèi)廢液收集，而制(zhì)備型GPC是在樣品流經檢測器(qì)之後通(tōng)過一個(gè)級分收集器(qì)按時(shí)間(jiān)間(jiān)隔收集。
5.5 多(duō)組分樣品含量的分析
5.6 聚合反應跟蹤及動力學研究
