GPC基础知识.ppt

1GPC基础知识国际贸易(上海)有限公司分析中心2SEC定义SEC全称SizeExclusionChromatography(体积排阻色谱，或者尺寸排阻色谱）SEC定义：是利用多孔凝胶固定相的独特特性，而产生的一种主要依据分子尺寸大小的差异来分离的液相色谱方法。3SEC分类凝胶渗透色谱(GPC)主要用于聚合物领域以有机溶剂为流动相(氯仿，THF，DMF)常用固定相填料：苯乙烯－二乙烯基苯共聚物凝胶过滤色谱(GFC)主要用于生命科学领域以水溶液为流动相常用固定相填料：亲水性有机凝胶(葡聚糖，琼脂糖，聚丙烯酰胺等)4GPC用途高聚物的分子量及其分布是高聚物最基本的参数之一。高聚物的许多性质是与分子量有关的。例如冲击强度、模量、拉伸强度、耐热、耐腐蚀性都与高聚物的分子量和分子量分布有关。5GPC分离原理固定相是多孔填料，小分子样品可以进入孔径内部样品与固定相之间无作用力迁移时间不同孔穴填充物颗粒大中小样品6MW与RT之间的关系排阻极限渗透极限GPC柱7GPC术语排阻极限排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子的分子量。所有大于排阻极限的分子都不能进入凝胶颗粒内部，直接从凝胶颗粒外流出，所以它们同时被最先洗脱出来。排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量，大于这种凝胶的排阻极限的分子用这种凝胶不能得到分离。随固定相不同，排阻极限范围约在400至60×106之间。渗透极限能够完全进入凝胶颗粒孔穴内部的最大分子的分子量。在选择固定相时，应使欲分离样品粒子的相对分子质量落在固定相的渗透极限和排阻极限之间。8平均分子量计算公式数均分子量重均分子量Z均分子量Z+1均分子量Hi：峰高Mi：分子量Mw=SMiHiSHiMn=SHiS(Hi/Mi)Mz=ΣMi2HiSMiHiMz+1=ΣMi3HiSMi2Hi9平均分子量含义数均分子量(Mn)拉力、抗冲击性重均分子量(Mw)脆度Z均分子量(Mz)弹性、硬度分布宽度指数D(分散度)=Mw/Mn对于多分散试样Mn＜Mw＜Mz10高聚物多分散性表征样品间分子量分布宽度的比较，最直接的方法是将实验所得到的分子量分布曲线作对比。分子量分布曲线有两种形式：用重量分数W对分子量作图的曲线叫做微分分布曲线；用累积重量分布对分子量作图的曲线叫做积分分布曲线。还有一种更一般化且最常用的方法就是重均数均比，即：Mw/Mn。11测定聚合物分子量的方法直接方法渗透压方法(forMn)光散射方法(forMw)粘度方法(forMv)超速离心方法(forMz)间接方法GPC(forMn,MwandMz)用标准品进样得到分子量校正曲线，间接算出聚合物样品的相对分子量。如和标准品结构不同，还需进行相应的计算才能得到聚合物样品自身的分子质量。12为什么要用GPC方法相对分子量分布(多分散性指数)对聚合物的性质有重要影响。在相对分子质量分布（多分散性指数）成为人们关注的热点后，经典方法却不能同时测定聚合物的相对分子质量分布。凝胶渗透色谱(GPC)的应用改善了测试条件，并提供了可以同时测定聚合物的相对分子质量及其分布的方法，使其成为测定高分子相对分子质量及其分布最常用、快速和有效的技术。13GPC系统配置泵进样器色谱柱柱温箱检测器THF,氯仿,DMF示差检测器需要GPC软件才可计算MW14配置实例No.产品编号产品名称型号数量1228-45011-38系统控制器CBM-20Alite12228-45000-38输液单元LC-20AD13228-45018-32在线脱气机DGU-20A314228-45041-91容器盘-15228-45006-38自动进样器SIL-20A16228-46606-96自动进样器用GPC对应组件-17228-45009-38柱温箱CTO-20A18228-45095-38示差折光检测器RID-10A19228-20810-91色谱柱GPC-80M110228-20812-91保护柱GPC-800P111223-05671-92LC工作站LCsolutionSingle112223-05655-92GPC软件LCsolutionGPC1感谢你的观看2019年8月2315GPC系统与常规HPLC系统区别检测器GPC系统标配示差折光检测器常规HPLC有多种检测器可选梯度GPC系统是等度系统，并且用并联泵常规HPLC可以是等度或者梯度管路GPC系统采用全不锈钢流路常规HPLC用PEEK或者不锈钢流路自动进样器针密封GPC系统采用Vespel针密封，适用THF、氯仿、DMF等常规HPLC用PEEK针密封16LCsolutionGPC软件该GPC可选软件可在LCsolution上无缝地运行。作为LCsolution的一部分，此软件扩展了方法、数据和报告格式文件的功能，并可使用LCsolution的所有功能特性。特点：1)可以操作GPC与LC工作站2)对方法和数据文件的统一管理3)兼容多个系统和多个检测器（包括PDA检测器）4)同时输出色谱图报告和GPC计算结果5)可以根据控制样品进行保留时间的校准17GPC色谱柱系列Shim-packGPC-80XforTHFShim-packGPC-80XCfor氯仿Shim-packGPC-80XDforDMF排阻极限(聚苯乙烯)1.5x103(GPC-801),5x103(GPC-802),2x104(GPC-8025),7x104(GPC-803),4x105(GPC-804),4x106(GPC-805),4x107(GPC-806)，4x107(mixedgel，GPC-80M),2x108(GPC-807)18GPC色谱柱类型普通凝胶柱按照不同的排阻极限分成很多种型号(如GPC-80X)每种排阻极限的柱子使用同一种凝胶颗粒在一段范围内校正曲线成线性混合凝胶柱一种型号(如GPC-80M)使用混合凝胶颗粒在较宽范围内校正曲线都成线性，可消除不同柱子串联时可能产生非线性校正曲线导致结果偏差的问题19GPC色谱柱类型混合凝胶柱GPC-80M20GPC色谱柱选择按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系列THF、氯仿、DMF必须选择合适的溶剂来溶解聚合物按照样品分子量范围来选择柱子型号样品分子量应该处在排阻极限和渗透极限范围内，并且最好是处在校正曲线线性范围内21标样聚苯乙烯(PS，溶于各种有机溶剂)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚环氧乙烷(PEO，也叫聚氧化乙烯，溶于水)聚乙二醇(PEG，溶于水)(PEO与PEG的碳链骨架相同，但是其合成原料和封端不同，由于原料的性质，使其产物的分子量和结构都有一定的区别。PEO常是指一端为甲基封端，一端为羟基封端的聚环氧乙烷，而PEG一般是两端都是羟基封端的聚乙二醇。)22校正曲线逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的关系IDTimeMW114.797853000215.559380000316.239186000416.888100000517.47648000618.03223700718.49512200819.0055800常用线性拟合或者三次方拟合15.016.017.018.0min4.04.55.05.56.0log(M.W.)12345678感谢你的观看2019年8月2323GPC校正方法窄分布标样校正法选用与被测样品同类型的单分散性(d≤1.1)标样，先用其他方法精确测定其平均相对分子质量，然后与被测样品在同样的条件下进行GPC分析。普适校正法此法的优点是只要用一种高聚物（一般用窄分布聚苯乙烯）作标准曲线就可以测定其他类型的聚合物，但先决条件是2种高聚物的K和α值必须己知。渐进试差法(宽分布标样校正法)这种方法不需要窄分布样品，其标样可为1~3个不同相对分子质量的宽分布标样（平均相对分子质量精确测量，Mw和Mn为已知），采用数学处理方法得到渐进试差法的校正曲线。24窄分布标样校正法要有5个以上的不同分子量的单分散标样来制作校正曲线样品最好与标样是相同的结构。如果样品与标样结构完全一样，则结果不需再修正如果样品结构与标样结构不一样，并且样品是单链结构，则可以用QF因子比来修正结果如果样品结构与标样结构不一样，并且样品带有支链，则无法使用窄分布标样校正法25窄分布标样校正法-分子量转换QF因子比(RQF)QF定义：单位链长分子量仅适用于单链聚合物26聚苯乙烯的QFQF=104/2.50=41.5-(CH-CH2)n-C6H5单位链长的MW=104一个单位长度为2.50A.C-C键长度约为1.54A.C-C-C键角度约为109度.一个单位长度计算如下：1.54xsin(109/2)x2=2.5027聚苯乙烯的QFCCCC1091.54xsin(109/2)1.54xsin(109/2)x22.50ACC28聚异丁烯的QFQF=56/2.50=22.3CH3-(C-CH2)n-CH3单位链长的MW=56一个单位长度为2.50A.29RQF聚异丁烯与聚苯乙烯的QF之比为RQF.RQF=22.3/41.5=0.537M聚异丁烯=MGPCx0.53730RQF的制约因素RQF仅适用于单链聚合物如果聚合物有支链结构,MW的计算就有误31普适校正法用一种高聚物标样做校正曲线，常用聚苯乙烯样品结构可以与标样不一样，并且可以有支链样品及标样在流动相溶剂中的K和α值必须己知可以用粘度法来测定K和α的值32普适校正法公式GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积间的关系。根据Einstein粘度关系：[η]为特性粘度；v′表示聚合物链等效的流体力学体积；N为阿佛加德罗常数；M为聚合物分子量。根据上式可用[η]M表示流体力学体积。MNV/'5.2][感谢你的观看2019年8月2333普适校正法公式当样品与标样有相同的淋洗体积时，下式成立：式中下标1为标样参数，2为样品参数。将Mark-Houwink方程([η]=KMα)代入，即得到：从而得出：2121212lg11lg11lgKKMM11][M11][M2211][][MM21122111MKMK感谢你的观看2019年8月2334渐进试差法(宽分布标样校正法)不需要窄分布标样，只需要宽分布标样标样和样品为同一种物质标样数量最少可以只有1个标样的分子量Mw和Mn必须已知标样校正曲线呈线性35渐进试差法(宽分布标样校正法)在一定条件下，有：(1)将标样色谱峰分成若干个切片，则：(2)根据定义，有：(3)(4)将公式(2)代入公式(3)和(4)，则：(5)(6)标样的Mw和Mn已知，将Hi,Vi代入，软件自动算出A,B值。VBAMlniiiiiwHMHMiiinMiHiHM)/()exp(iiVBAMiiiwHVBAHM)exp()exp(/iiinVBAHHM感谢你的观看2019年8月2336GPC分析大致步骤根据样品的特点选择合适的GPC柱子和标样，并且确定采用的GPC校正方法配制标样和样品，用LCsolution进样得到色谱图用LCsolutionGPC生成校正曲线并计算样品平均分子量，制作报告37GPC系统安装注意事项安装色谱柱柱子串联时排阻极限大的接前面管路选择使用全不锈钢流路，不能有PEEK材质的部件存在溶剂更换水和氯仿不互溶最高压力设置柱子串联时将最高压力设为所有柱子允许承受的最高压力之和柱子使用注意事项一定要严格按照说明书使用色谱柱(部分柱子不能用甲醇冲洗)氯仿柱子要用氯仿冲洗柱子，THF柱子要用THF冲洗，氺相柱子一般用60水40乙腈保存38安装色谱柱通常而言，分析结果与色谱柱组安装的顺序无关。尽管如此，为了提高分离度和延长色谱柱寿命，应按孔径由大到小顺序安装色谱柱，即排阻极限大的接前面，排阻极限小的接后面。原因在于，孔径越大，越