G P C 一 十八角激光光散射介紹

GPC一十八角激光光散射聯(lián)用法介紹GPC一十八角激光光散射介紹一、基本介紹

GPC（GelPermeationChromatography）,凝膠滲透色譜，又稱(chēng)為尺寸排阻色譜（SizeExclusionChromatography,簡(jiǎn)稱(chēng)SEC），它是基于體積排阻的分離機(jī)理，通過(guò)具有分子篩性質(zhì)的固定相，用來(lái)分離相對(duì)分子質(zhì)量較小的物質(zhì)，并且還可以分析分子體積不同、具有相同化學(xué)性質(zhì)的高分子同系物。GPC一十八角激光光散射介紹一、基本原理

GPC是一種特殊的液相色譜，所用儀器實(shí)際上就是一臺(tái)高效液相色譜（HPLC）儀，主要配置有輸液泵、進(jìn)樣器、色譜柱、濃度檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)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(lèi)（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的分離則是體積排除機(jī)理起主要作用。GPC一十八角激光光散射介紹

當(dāng)被分析的樣品通過(guò)輸液泵隨著流動(dòng)相以恒定的流量進(jìn)入色譜柱后，體積比凝膠孔穴尺寸大的高分子不能滲透到凝膠孔穴中而受到排斥，只能從凝膠粒間流過(guò)，最先流出色譜柱，即其淋出體積（或時(shí)間）最?。恢械润w積的高分子可以滲透到凝膠的一些大孔中而不能進(jìn)入小孔，比體積大的高分子流出色譜柱的時(shí)間稍后、淋出體積稍大；體積比凝膠孔穴尺寸小得多的高分子能全部滲透到凝膠孔穴中，最后流出色譜柱、淋出體積最大。因此，聚合物的淋出體積與高分子的體積即分子量的大小有關(guān)，分子量越大，淋出體積越小。GPC一十八角激光光散射介紹

濃度檢測(cè)器不斷檢測(cè)淋洗液中高分子級(jí)分的濃度。常用的濃度檢測(cè)器為示差折光儀，其濃度響應(yīng)是淋洗液的折光指數(shù)與純?nèi)軇芟慈軇┑恼酃庵笖?shù)之差，由于在稀溶液范圍內(nèi)，與溶液濃度成正比，所以直接反映了淋洗液的濃度即各級(jí)分的含量，下圖是典型的GPC譜圖。GPC一十八角激光光散射介紹

圖中縱坐標(biāo)相當(dāng)于淋洗液的濃度，橫坐標(biāo)淋出體積Ve表征著高分子尺寸的大小。如果把圖中的橫坐標(biāo)Ve轉(zhuǎn)換成分子量M就成了分子量分布曲線。為了將Ve轉(zhuǎn)換成M，要借助GPC校正曲線。實(shí)驗(yàn)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)。GPC一十八角激光光散射介紹

用一組已知分子量的單分散性聚合物標(biāo)準(zhǔn)試樣，在與未知試樣相同的測(cè)試條件下得到一系列GPC譜圖，以它們的峰值位置的Ve對(duì)lgM作圖，可得如圖3-6的直線，即GPC校正曲線：GPC一十八角激光光散射介紹

有了校正曲線，即可根據(jù)Ve讀得相應(yīng)的分子量。一種聚合物的GPC校正曲線不能用于另一種聚合物，因而用GPC測(cè)定某種聚合物的分子量時(shí)，需先用該種聚合物的標(biāo)樣測(cè)定校正曲線。但是除了聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等少數(shù)聚合物的標(biāo)樣以外，大多數(shù)的聚合物的標(biāo)樣不易獲得，多數(shù)時(shí)候只能借用聚苯乙烯的校正曲線，因此測(cè)得的分子量M值有誤差，只具有相對(duì)意義。

用GPC方法不但可以得到分子量分布，還可以根據(jù)GPC譜圖求算平均分子量和多分散系數(shù)，特別是當(dāng)今的GPC儀都配有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可與GPC譜圖同時(shí)給出各種平均分子量和多分散系數(shù)，無(wú)須人工處理。

GPC一十八角激光光散射介紹二、基本構(gòu)造

輸液系統(tǒng)凝膠色譜柱檢測(cè)器數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)GPC一十八角激光光散射介紹

GPC色譜柱裝填的是多孔性凝膠（如最常用的高度交聯(lián)聚苯乙烯凝膠）或多孔微球（如多孔硅膠和多孔玻璃球），它們的孔徑大小有一定的分布，并與待分離的聚合物分子尺寸可相比擬。GPC儀工作流程圖如下所示。GPC一十八角激光光散射介紹2.1色譜柱柱子：玻璃、不銹鋼填料：根據(jù)所使用的溶劑選擇填料，對(duì)填料最基本的要求是填料不能被溶劑溶解：交聯(lián)聚苯乙烯凝膠（適用于有機(jī)溶劑，可耐高溫）交聯(lián)聚乙酸乙烯酯凝膠（最高100℃，適用于乙醇

丙酮一類(lèi)極性溶劑）

多孔硅球（適用于水和有機(jī)溶劑）

多孔玻璃、多孔氧化鋁（適用于水和有機(jī)溶劑)GPC一十八角激光光散射介紹2.1檢測(cè)器

示差折光檢測(cè)器(RI)

紫外吸收檢測(cè)器(UV)

蒸發(fā)光散射檢測(cè)器(ELSD)

特性粘度檢測(cè)器(IV)

激光散射檢測(cè)器(LS)濃度型定性型GPC一十八角激光光散射介紹2.1.1示差折光檢測(cè)器

示差折光檢測(cè)器是一種高度穩(wěn)定和靈敏的液相色譜和凝膠滲透色譜檢測(cè)器，它可與輸液泵，色譜柱，進(jìn)樣器等組成凝膠滲透色譜儀或高速液相色譜儀系統(tǒng)，也可以配置適當(dāng)?shù)倪M(jìn)樣系統(tǒng)作為單獨(dú)的分析儀器使用。可用于檢測(cè)在紫外光范圍內(nèi)吸光度不高的化合物，如聚合物、糖、有機(jī)酸和甘油三酸酯。示差折光檢測(cè)器的偏轉(zhuǎn)式設(shè)計(jì)，能夠?qū)δ切┚哂械驮胍艉臀灰铺匦缘幕衔镞M(jìn)行靈敏的檢測(cè)GPC一十八角激光光散射介紹2.1.1示差折光檢測(cè)器原理及結(jié)構(gòu)：示差檢測(cè)器是連續(xù)檢測(cè)樣品流路與參比流路間液體折光指數(shù)差值的檢測(cè)器，是根據(jù)折射原理設(shè)計(jì)的，屬偏轉(zhuǎn)式類(lèi)型。檢測(cè)器的光路是由光源、凸鏡、檢測(cè)池、反射鏡、平板玻璃、雙光敏電阻等主要部件組成，檢測(cè)池有參比，測(cè)量?jī)蓚€(gè)池室，它們對(duì)光路來(lái)說(shuō)是串聯(lián)的GPC一十八角激光光散射介紹光源在光欄前成像，并作為檢測(cè)池的入射光，出射光照在反射鏡上，光被反射，又入射到檢測(cè)池上，出射光在經(jīng)過(guò)透射鏡照到雙光敏電阻上形成夾縫像。雙光敏電阻是測(cè)量電橋的兩個(gè)橋臂。當(dāng)測(cè)量池中流過(guò)被測(cè)樣品時(shí)，引起折射率變化使照在雙光電阻上的光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使雙光敏電阻阻值發(fā)生變化，此時(shí)由電橋輸出訊號(hào)，即反映了樣品濃度的變化情況。GPC一十八角激光光散射介紹2.1.2

紫外吸收檢測(cè)器原理及結(jié)構(gòu)：紫外吸收檢測(cè)器簡(jiǎn)稱(chēng)紫外檢測(cè)器（ultravioletdetector，UVD），是基于溶質(zhì)分子吸收紫外光的原理設(shè)計(jì)的檢測(cè)器，其工作原理是Lambert-Beer定律，即當(dāng)一束單色光透過(guò)流動(dòng)池時(shí)，若流動(dòng)相不吸收光，則吸收度A與吸光組分的濃度C和流動(dòng)池的光徑長(zhǎng)度L成正比。物理上測(cè)得物質(zhì)的透光率，然后取負(fù)對(duì)數(shù)得到吸收度。GPC一十八角激光光散射介紹為得到高的靈敏度，常選擇被測(cè)物質(zhì)能產(chǎn)生最大吸收的波長(zhǎng)作檢測(cè)波長(zhǎng)，但為了選擇性或其它目的也可適當(dāng)犧牲靈敏度而選擇吸收稍弱的波長(zhǎng)，另外，應(yīng)盡可能選擇在檢測(cè)波長(zhǎng)下沒(méi)有背景吸收的流動(dòng)相。紫外檢測(cè)器的波長(zhǎng)范圍是根據(jù)連續(xù)光源（氘燈）發(fā)出的光，通過(guò)狹縫、透鏡、光柵、反射鏡等光路組件形成單一波長(zhǎng)的平行光束。通過(guò)光柵的調(diào)節(jié)可得到不同波長(zhǎng)。紫外光的范圍一般指200-400nm。吸收度單位AU(absorbanceunit)是相當(dāng)于多少伏的電壓，范圍的大小應(yīng)該適中較好，實(shí)際工作中一般就需要1AU左右。GPC一十八角激光光散射介紹用途：紫外檢測(cè)器使用于大部分常見(jiàn)具有紫外吸收有機(jī)物質(zhì)和部分無(wú)機(jī)物質(zhì)。紫外檢測(cè)器對(duì)占物質(zhì)總數(shù)約80%的有紫外吸收的物質(zhì)均可檢測(cè)，既可測(cè)190--350nm范圍的光吸收變化，也可向可見(jiàn)光范圍350---700nm延伸。紫外檢測(cè)器適用于有機(jī)分子具紫外或可見(jiàn)光吸收基團(tuán)，有較強(qiáng)的紫外或可見(jiàn)光吸收能力的物質(zhì)檢測(cè)。一般當(dāng)物質(zhì)在200-400nm有紫外吸收時(shí)，考慮用紫外檢測(cè)器。GPC一十八角激光光散射介紹優(yōu)點(diǎn)：紫外吸收檢測(cè)器不僅靈敏度高、噪音低、線性范圍寬、有較好的選擇性，而且對(duì)環(huán)境溫度、流動(dòng)相組成變化和流速波動(dòng)不太敏感，因此既可用于等度洗脫，也可用于梯度洗脫。紫外檢測(cè)器對(duì)流速和溫度均不敏感，可于制備色譜。由于靈敏高，因此即使是那些光吸收小、消光系數(shù)低的物質(zhì)也可用UV檢測(cè)器進(jìn)行微量分析。

缺點(diǎn)：不足之處在于對(duì)紫外吸收差的化合物如不含不飽和鍵的烴類(lèi)等靈敏度很低。GPC一十八角激光光散射介紹2.1.3激光散射檢測(cè)器原理：當(dāng)光束照射到聚合物樣品，由于密度起伏和溶液濃度不均一而引起在入射光前進(jìn)的方向以外的各個(gè)方向產(chǎn)生散射光。關(guān)系任何方向的散射光強(qiáng)度與分子量和溶液濃度成正比，散射光角度的變化與分子的尺寸大小有關(guān)。十八角激光散射儀，可以從十八個(gè)角度對(duì)散射光進(jìn)行檢測(cè)，收集散射光的強(qiáng)度。GPC一十八角激光光散射介紹K為與溶劑性質(zhì)和入射光頻率相關(guān)的常數(shù)；c為溶液濃度g／mL；R(θ)為不同角度去除溶劑影響后的散射光強(qiáng)度；θ為散射光角度；Mw為重均分子量；P(θ)為散射光強(qiáng)度隨角度變化的函數(shù)；A2為第二維里系數(shù),是溶劑與溶質(zhì)相互作用的度量，一般溶液極稀時(shí)可忽略;n0為溶劑的折射率；dn/dc為折光指數(shù)增量,即溶液折射率與濃度變化的比值mL/g；N為阿佛加德羅常數(shù)；λ為人射光波長(zhǎng)；Rg為高分子均方末端距即鏈質(zhì)量中心至各個(gè)鏈段距離平方的平均值。GPC一十八角激光光散射介紹R(θ)為儀器測(cè)定量，K、c、n0

、dn/dc、N、λ、θ均為常數(shù)或已知量，其中dn／dc值可通過(guò)折光儀測(cè)定，或通過(guò)折光儀的儀器常數(shù)與輸入樣品質(zhì)量求得。只