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第七章 GPC测试高分子的分子量及其分布.

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GPC-分子量及分子量分布测量解读

GPC-分子量及分子量分布测量解读

凝胶色谱分离原理
凝胶色谱是按照分子的尺寸大小来分离的，其分离并不依赖流动相 和固定相之间的相互作用力。 凝胶色谱柱内的总体积
Vt VCM Vi VM
填料的骨架体 填料的孔 积 体积 填料的粒 间体积
分子可进入的体积为Vi＋VM
Pore Structure Defines Resolving Range
[] KM
选择型检测器 适于对该检测器有特殊响应的高聚物和有机化合物。有紫 外、红外、荧光、电导检测器等，灵敏度高
聚合物色谱中的检测器

浓度

响应值正比于浓度C 实例：示差(refractometer)检测器 N = (dn/dc) C

紫外检测器 蒸发光散射检测器

使用单一浓度型检测器的体积排除分离模式色 谱被称作 传统GPC
普适校正曲线 由于GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积之间的 关系，而各种聚合物分子链的柔性不同，分子量相同而结 构不同的聚合物在溶液中的流体力学体积不同。因此，用 流体力学体积做校正曲线就具有普适性。 根据Einstein公式，[η]M事实上代表了高分子线团在溶液中 的流体力学体积。 [η]=2.5NV/M V:聚合物链等效球的流体力学体积 N:阿佛加德罗常数
H f(v)
单分散样品 类似高斯曲线
Vp
V (t)
多分散样品 可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
H S Wi Wi
V (T)
分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。 1962年J.C.Moore将高交联度聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂 用作柱填料，以连续式高灵敏度的示差折光仪，并以体 积计量方式作图，制成了快速且自动化的高聚物分子量 及分子量分布的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶 渗透色谱技术。

GPC-分子量及分子量分布测量

GPC-分子量及分子量分布测量
尽量减轻分子间的弱相互作用（样品分子间、样品和 溶剂分子间、填料和样品分子间等）
使难于溶解的样品得以溶解（如聚烯烃PE\PP、工程 塑料PPS等）
对样品和溶剂的要求
对溶剂的要求
低粘度、高沸点、毒性小、溶解性能好、与凝胶不起化学
反应。
对于示差检测器，要求溶剂的折光指数与溶液的折光指数
相差较大，以便得到较高的灵敏度（高分子的折光指数：
对于中间大小的分子
GPC分离的特点：
• 只能测定一定范 围的分子量
•大分子先流出
• 淋出体积有一定 的范围
• K由分子尺寸决定
VR VM KVi
分子能进入的 孔体积占总孔 体积的分数
泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和 Nhomakorabea个高压泵。泵
的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。
进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下
各种平均分子量
分子量分布的测定方法 分级、超速离心、GPC
凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC or Size Exclusion Chromatography, SEC)
组成：泵系统、 进样系统、分离 系统、检测系统、 温度控制系统和 数据采集与处理 系统。
普适校正曲线
两种校正曲线的比较
方法 优点
单分散标样 校正曲线
普适校正曲线
方法简便，准确性高
可以用一种标样得到的校 正曲线测定其它聚合物的 分子量及其分布
缺点
难以获得与待测样品同类 必须已知待测聚合物的K 的单分散标样，而且只能 和α值 测定与标样同类的聚合物
SUCCESS

GPC-分子量及分子量分布测量

GPC-分子量及分子量分布测量
LgM A BVe
得到校正曲线后，就可以通过淋洗体积来计算待测样品的分 子量
以聚苯乙烯为标样的校正曲线
M1 M2 M3 M4
LogM
M1 A
M2
M3
M4
B
0 Vm
Vi
A点为排除极限，分子 V 量比M1大的不能相互区
分；B点为渗透极限， 分子量小于M4的也不能 相互区分。
V
普适校正曲线
得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。
GPC载体的种类： 1.交联聚苯乙烯凝胶 2.多孔性玻璃 3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯 酰胺凝胶 4.木质素凝胶等
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。
➢ 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。
➢ 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。
单分散样品 类似高斯曲线
H f(v)
Vp
多分散样品
H
可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
V (t) S Wi Wi
V (T)
分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。 单分散标样校正曲线 选用同类型已知分子量的单分散标样（d <1.1）做GPC分析， 得到lgM~V曲线：

GPC-分子量及分子量分布测量解读

GPC-分子量及分子量分布测量解读
MP和σ分别为峰位分子量和谱峰宽度，B1＝2.303B
条块法 当谱图不对称或出现多峰时应用此法。将GPC曲线沿横坐 标分成n个级分，求出每个级分的淋洗体积Vi和浓度Hi， 再由校正曲线求出每个级分的分子量Mi，级分的重量分 数为Wi，即可得到平均分子量为
[] KM
选择型检测器 适于对该检测器有特殊响应的高聚物和有机化合物。有紫 外、红外、荧光、电导检测器等，灵敏度高
聚合物色谱中的检测器

浓度

响应值正比于浓度C 实例：示差(refractometer)检测器 N = (dn/dc) C

紫外检测器 蒸发光散射检测器

使用单一浓度型检测器的体积排除分离模式色 谱被称作 传统GPC
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。 1962年J.C.Moore将高交联度聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂 用作柱填料，以连续式高灵敏度的示差折光仪，并以体 积计量方式作图，制成了快速且自动化的高聚物分子量 及分子量分布的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶 渗透色谱技术。
泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和一个高压泵。泵 的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。 进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下 所得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。 分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。 PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。 色谱柱类型 交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。 多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。

第七章 GPC测试高分子的分子量及其分布.

第七章 GPC测试高分子的分子量及其分布.
现在知道了吧？
GPC系统配置
进样器
泵 色谱柱 检测器
柱温箱
THF, 氯仿, DMF
示差检测器
需要GPC软件才可计算Mw
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
6.0
log(M.W.) 1 2 3 5.0 4 5 4.5 6 4.0 7 8 15.0 16.0 17.0 18.0 min
ID 1
2 3
Time 14.797
15.559 16.239
MW 853000
380000 186000
5.5
平 均 分 子 量 及分散度含 义
数均相对分子质量 (Mn) 重均相对分子质量 (Mw)
Z均相对分子质量（Mz）
粘均相对分子质量 (Mη)
相对分子质量分布的定义为质均相对分子质量与
数均相对分子质量之比：D(分散度)= Mw/Mn
各种平均相对分子质量的测定方法
方 法 名 称 适 用 范 围 相对分子质 方法类 量意义 型
质在流动相和固定相之间的分配效应，淋出体 积仅仅由溶质分子大小和载体孔尺寸决定，分 离完全是由于体积排除效应所致，故称为体积 排除机理。
GPC两个术语
排阻极限
MW与V之间的关系
渗透极限
GPC柱
GPC 理想 校正 曲线
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。
一、分子量分布的一般测定方法
分子量分布的实验测定方法的原则是利用高聚物分子量

GPC测定聚合物分子量及分子量分布

GPC测定聚合物分子量及分子量分布

lg M = A－BVe － 式中A、 为与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关的常数。 式中 、B 为与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关的常数。
用一组已知分子量的单分散性聚合物标准试样， 用一组已知分子量的单分散性聚合物标准试样，在与未知试 样相同的测试条件下得到一系列GPC谱图，以它们的峰值位置的Ve 谱图，以它们的峰值位置的 样相同的测试条件下得到一系列 谱图 作图， 的直线， 校正曲线： 对lg M作图，可得如图 的直线，即GPC校正曲线： 作图 可得如图3-6的直线 校正曲线
二 、主要药品与仪器 主要药品与仪器
流动相） THF （流动相） PS） 聚合物样品 （如PS） 样品瓶 注射器（1ml） 注射器（ ） 流动相脱气系统 样品过滤头 1000 ml 10mg
Waters-Breeze GPC 仪
三、实验步骤
流动相） （1） THF （流动相） 的脱气 ） THF过滤、真空脱气后，加入到流动相瓶中。 过滤、真空脱气后，加入到流动相瓶中。 过滤
GPC色谱柱装填的是多孔性凝胶（如最常用的高度交联聚苯乙 色谱柱装填的是多孔性凝胶（ 色谱柱装填的是多孔性凝胶 烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大 烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大 ）， 小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。 小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。GPC仪 仪 工作流程图如下所示。 工作流程图如下所示。
有了校正曲线， 读得相应的分子量。 有了校正曲线，即可根据Ve读得相应的分子量。一种聚合物的 GPC校正曲线不能用于另一种聚合物，因而用GPC测定某种聚合物的 GPC校正曲线不能用于另一种聚合物，因而用GPC测定某种聚合物的 校正曲线不能用于另一种聚合物 GPC 分子量时，需先用该种聚合物的标样测定校正曲线。但是除了聚苯 分子量时，需先用该种聚合物的标样测定校正曲线。 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等少数聚合物的标样以外， 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等少数聚合物的标样以外，大多数的聚合 物的标样不易获得，多数时候只能借用聚苯乙烯的校正曲线， 物的标样不易获得，多数时候只能借用聚苯乙烯的校正曲线，因此 值有误差，只具有相对意义。 测得的分子量M值有误差，只具有相对意义。 用GPC方法不但可以得到分子量分布，还可以根据GPC谱图求 GPC方法不但可以得到分子量分布，还可以根据GPC谱图求 方法不但可以得到分子量分布 GPC 算平均分子量和多分散系数，特别是当今的GPC仪都配有数据处理 算平均分子量和多分散系数，特别是当今的GPC仪都配有数据处理 GPC 系统，可与GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数， 系统，可与GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数，无须 GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数 人工处理。 人工处理。

GPC-分子量及分子量分布测量

GPC-分子量及分子量分布测量
得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。
无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮
等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂
和水。
GPC载体的种类：
1.交联聚苯乙烯凝胶
2.多孔性玻璃
Diallyl Phthalate
Ethyl Cellulose
Epoxy
Polyester Alkyd
Polybutene(1)
Polybutadiene – Styrene
Phenol – Formaldehyde
Phenol – Furfural
Polymethylmethacrylate
Polypropyleneglycol
Polystyrene
Polysulfone
Polyvinylacetate
Polyvinylbutyral
Polyvinylchloride
Polyvinylchloride – Acetate
Polyvinyldienechloride
Polyvinylformal
Polystyrene Acrylonitrile
各种平均分子量
分子量分布的测定方法
分级、超速离心、GPC
凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC
or Size Exclusion Chromatography, SEC)
组成：泵系统、
进样系统、分离
系统、检测系统、
温度控制系统和
数据采集与处理

GPC-分子量及分子量分布测量

GPC-分子量及分子量分布测量

24
数据处理
谱图的表示方法
单分散样品 类似高斯曲线
H f(v)
Vp
多分散样品
H
可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
2021/3/26
V (t)
S Wi Wi
V (T)
25
分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。
2021/3/26
12
GPC载体的种类： 1.交联聚苯乙烯凝胶 2.多孔性玻璃 3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯 酰胺凝胶 4.木质素凝胶等
2021/3/26
11
泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和一个高压泵。泵
的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。
进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下所
得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
Mw MP expB(122 /2) Mn MP exp(B122 /2) d Mw / Mn expB(122)
MP和σ分别为峰位分子量和谱峰宽度，B1＝2.303B
2021/3/26
33
➢ 条块法 当谱图不对称或出现多峰时应用此法。将GPC曲线沿横坐 标分成n个级分，求出每个级分的淋洗体积Vi和浓度Hi， 再由校正曲线求出每个级分的分子量Mi，级分的重量分 数为Wi，即可得到平均分子量为

GPC法测定聚合物分子量和分子量分布ppt课件

GPC法测定聚合物分子量和分子量分布ppt课件
2. 样品溶解：完全溶解、室温静置过夜、不可超声 3. 样品过滤：有机相微孔滤膜（孔径0.22μm）过滤
16
实验步骤
操作步骤 检查流动相瓶中THF体积 开机，平衡基线 进样测试 停止测试，关机
17
MV
167745
数据分析
利用Breeze软件对数据进行处理，得到待测物 的分子量和分子量分布曲线。
标准试样的校正曲线
图3 GPC标准曲线示意图
9
实验原理
普适校正曲线
由于聚合物中能够制得标准样的聚合物种类不 多，没有标准样的聚合物就不可能有校正曲线， 因此需要进行普适校正。
各种不同聚合物的特性粘数[η]和分子量M的乘 积，与Ve的关系非常规律，即用 log[η]M 对 Ve作图得到一条直线，即普适校正曲线。
图4 Waters 1515/2414型凝胶渗透色谱仪
12
实验仪器
仪器构造
进样器 泵
色谱柱 柱温箱
检测器
四氢呋喃THF
示差检测器 废液瓶
图5 仪器构造示意图 13
实验仪器
色谱柱和柱内填料
图6 色谱柱及填料
14
实验仪器
进样阀和定量原理
图7 进样阀和定量原理
15
实验步骤
流动相：色谱级四氢呋喃（THF）、真空脱气 样品准备：
检测器的响应信号： R=Z(n-n0)
式中，Z为仪器常数，n为溶 液的折射率，n0为溶剂的折 射率。
图2 示差折光检测原理图
8
实验原理
校正曲线的测定：
用一系列已知分子量的单分散标准样对色谱柱进行标 定。
分子量和淋洗体积或保留 时间的关系如下：
log M = A – BVe log M = b0+b1t+b2t2+b3t3

GPC测分子量及分子量分布

GPC测分子量及分子量分布
实验 十一 GPC测定聚合物分子量及 测定聚合物分子量及 分子量分布
实验10 GPC测定聚合物分子量及分子量分布 实验10 GPC测定聚合物分子量及分子量分布
一、 基本原理
CPC是一种特殊的液相色谱，所用仪器实际上就是一台高效 是一种特殊的液相色谱， 是一种特殊的液相色谱 液相色谱（ 主要配置有输液泵、进样器、色谱柱、 液相色谱（HPLC）仪，主要配置有输液泵、进样器、色谱柱、浓 ） 度检测器和计算机数据处理系统。 度检测器和计算机数据处理系统。 与HPLC最明显的差别在于二者所用色谱柱的种类（性质）不 最明显的差别在于二者所用色谱柱的种类（性质） 同：HPLC根据被分离物质中各种分子与色谱柱中的填料之间的亲 根据被分离物质中各种分子与色谱柱中的填料之间的亲 和力不同而得到分离，GPC的分离则是体积排除机理起主要作用。 和力不同而得到分离，GPC的分离则是体积排除机理起主要作用。 的分离则是体积排除机理起主要作用
GPC色谱柱装填的是多孔性凝胶（如最常用的高度交联聚苯乙 色谱柱装填的是多孔性凝胶（ 色谱柱装填的是多孔性凝胶 烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大 烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大 ）， 小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。 小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。GPC仪 仪 工作流程图如下所示。 工作流程图如下所示。
当被分析的样品通过输液泵随着流动相以恒定的流量进入色 谱柱后， 谱柱后，体积比凝胶孔穴尺寸大的高分子不能渗透到凝胶孔穴中而 受到排斥，只能从凝胶粒间流过，最先流出色谱柱， 受到排斥，只能从凝胶粒间流过，最先流出色谱柱，即其淋出体积 （或时间）最小；中等体积的高分子可以渗透到凝胶的一些大孔中 或时间）最小； 而不能进入小孔，比体积大的高分子流出色谱柱的时间稍后、 而不能进入小孔，比体积大的高分子流出色谱柱的时间稍后、淋出 体积稍大；体积比凝胶孔穴尺寸小得多的高分子能全部渗透到凝胶 体积稍大； 孔穴中，最后流出色谱柱、淋出体积最大。 孔穴中，最后流出色谱柱、淋出体积最大。 因此， 合物的淋出体积与高分子的体积即分子量的大小有关， 因此，聚合物的淋出体积与高分子的体积即分子量的大小有关， 分子量越大，淋出体积越小。 分子量越大，淋出体积越小。分离后的高分子按分子量从大到小被 连续的淋洗出色谱柱并进入浓度检测器。 连续的淋洗出色谱柱并进入浓度检测器。

GPC分子量及分子量分布测量PPT课件

GPC分子量及分子量分布测量PPT课件

[η]=2.5NV/M
V:聚合物链等效球的流体力学体积 N:阿佛加德罗常数
Lg[]M A BVe
第28页/共62页
在同样条件下，如果两种聚合物的流体力学体积相同，则
有
[ ]1 M1 [ ]2 M2
根据Mark－Houwink方程
[ ] KM
只要知道两种聚合物的K和α，就可以由第一种聚合物的校 正曲线换算得到第二种聚合物的校正曲线
淋洗体积VR，以及由峰的两侧曲线拐点出作出切线与 基线所截得的基线宽度即峰底宽W，然后按照下式进 行计算N 。
N 16(VR )2 W
第18页/共62页
N 16(VR )2 W
对于相同长度的色谱柱，N值越大，意味着柱效率越高。
分离度R：
R
2V2 -V1 W1 W2
式中，V1，V2分别为对应于样品1和样品2的两个峰 值的淋洗体积；W1，W2分别为峰1和峰2的峰底宽。
普适校正曲线
第30页/共62页
两种校正曲线的比较
方法 优点
单分散标样 校正曲线
普适校正曲线
方法简便，准确性高
可以用一种标样得到的校 正曲线测定其它聚合物的 分子量及其分布
缺点
难以获得与待测样品同类 必须已知待测聚合物的K 的单分散标样，而且只能 和α值 测定与标样同类的聚合物
第31页/共62页
分子量及其分布的计算
1.4-1.6）
对于紫外检测器，则要求溶剂在紫外区没有强烈的吸收。
常用的溶剂：THF（nD=1.4040, 25℃)
甲苯（nD=1.4941, 25℃) 二甲基甲酰胺（nD=1.4269, 25℃) 1,2,4-三氯苯（nD=1.517, 25℃)
对样品的要求

第七章 分子量及其分布

第七章 分子量及其分布
[ ]1 K1 M 11
2 [ ] 2 K 2 M 2 2 1 K1 M 11 1 K 2 M 2
log K1 ( 1 1) log M 1 log K 2 ( 2 1) log M 2 K1 1 1 1 log M 2 log( ) log M 1 2 1 K2 2 1
Mn
Mη Mw Mw, Mz
凝胶渗透色谱
<107
各种平均分子量
4.2 凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC or Size Extrusion Chromatography, SEC ) 4.2.1 凝胶渗透色谱仪
凝胶渗透色谱仪由泵系 统、进样系统、分离系 统、检测系统、温度控 制系统和数据采集与处 理系统组成。
常用聚合物分子量示例
塑料
低压聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚碳酸酯 6-30万 5-15万 10-30万 2-6万
纤维
涤纶 尼龙-66 维尼纶 纤维素 1.8-2.3万 1.2-1.8万 6-7.5万 50-100万
橡胶
天然橡胶 丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶 20-40万 15-20万 25-30万 10-12万
实验证明这种 方法对线性和 无规线团形状 的高分子普适 性较好，而对 长支链和棒状 刚性高分子的 普适性还需要 进一步研究。
普适校正曲线
两种校正曲线的比较
方法 单分散标样 校正曲线
方法简便，准确性高
普适校正曲线
优点
可以用一种标样得到的 校正曲线测定其它聚合 物的分子量及其分布
缺点
难以获得与待测样品同 必须已知待测聚合物的 类的单分散标样，而且 K和α值 只能测定与标样同类的 聚合物

GPC测分子量及分子量分布

GPC测分子量及分子量分布

精选课件
2
GPC色谱柱装填的是多孔性凝胶（如最常用的高度交联聚苯乙 烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大 小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。GPC仪 工作流程图如下所示。
精选课件
3
当被分析的样品通过输液泵随着流动相以恒定的流量进入色 谱柱后，体积比凝胶孔穴尺寸大的高分子不能渗透到凝胶孔穴中而 受到排斥，只能从凝胶粒间流过，最先流出色谱柱，即其淋出体积 （或时间）最小；中等体积的高分子可以渗透到凝胶的一些大孔中 而不能进入小孔，比体积大的高分子流出色谱柱的时间稍后、淋出 体积稍大；体积比凝胶孔穴尺寸小得多的高分子能全部渗透到凝胶 孔穴中，最后流出色谱柱、淋出体积最大。
精选课件
5
图中纵坐标相当于淋洗液的浓度，横坐标淋出体积Ve 表征着
高分子尺寸的大小。
如果把图中的横坐标Ve转换成分子量M 就成了分子量分布曲线。 为了将Ve转换成M，要借助GPC校正曲线。实验证明在多孔填料的 渗透极限范围内Ve和M 有如下关系：
lg M = A－BVe 式中A、B 为与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关的常数。
（4）在电脑数据系统的窗口上观察GPC曲线，处理数据。
精选课件
11
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精选课件
1000 ml 10mg
9
Waters-Breeze GPC 仪
精选课件
10
三、实验步骤
（1） THF （流动相） 的脱气 THF过滤、真空脱气后，加入到流动相瓶中。
（2）样品配制 将10mg聚合物样品溶于1ml THF中，过滤后置于样品瓶中。
（3）用进样器取20m，从GPC仪的进样口注入。

GPC-分子量及分子量分布测量解读

GPC-分子量及分子量分布测量解读
2 [ ] 2 K 2 M 2 2 1 K1 M 11 1 K 2 M 2
log K1 ( 1 1) log M 1 log K 2 ( 2 1) log M 2 K1 1 1 1 log M 2 log( ) log M 1 2 1 K2 2 1
凝胶色谱分离原理
凝胶色谱是按照分子的尺寸大小来分离的，其分离并不依赖流动相 和固定相之间的相互作用力。 凝胶色谱柱内的总体积
Vt VCM Vi VM
填料的骨架体 填料的孔 积 体积 填料的粒 间体积
分子可进入的体积为Vi＋VM
Pore Structure Defines Resolving Range
Lg[ ]M A BVe
在同样条件下，如果两种聚合物的流体力学体积相同，则 有 [ ] M [ ] M
1 1 2 2
根据Mark－Houwink方程
[ ] KM
只要知道两种聚合物的K和α，就可以由第一种聚合物的校 正曲线换算得到第二种聚合物的校正曲线
[ ]1 K1 M 11
分子量及其分布的计算
单分散性样品 只要测出GPC谱图即可由淋洗体积求出分子量 多分散性样品的分布

函数法 选择一种能描述GPC曲线的函数，根据此函数算出平均分 子量，应用最多的是高斯分布函数

M w M P exp(B12 2 / 2) M n M P exp( B12 2 / 2) d M w / M n exp(B12 2 )
GPC加热

使GPC检测处在一个温度稳定的环境
降低流动相黏度，使得谱柱内部溶剂处于接近理想的 GPC状态（如Polyethylene – Terphthalate mCresol + 0.05 m LiBr/100 °C） 尽量减轻分子间的弱相互作用（样品分子间、样品和 溶剂分子间、填料和样品分子间等） 使难于溶解的样品得以溶解（如聚烯烃PE\PP、工程 塑料PPS等）

教案GPC法测定聚合物分子量及分子量分布

教案GPC法测定聚合物分子量及分子量分布

教案现一个对话框，单击“Start New Processing Parameters”后按“OK”。

使用鼠标左键，放大所关注的色谱峰，选择合适的积分参数，在以后出现的对话框分别选择“Relative”和“5th Order”,在“Method Name”中输入所建方法的文件名（如XYZ,下文将用XYZ文件名为例），然后单击“Finish”，并从“File”菜单中选择“Save all”存储该方法。

2.建立校正曲线单击命令栏上的“Find Data”，在“Sample Set”下选中要处理的标准样品所在的样品组，双击。

选择所需处理的所有标准样品数据，单击，出现图示的画面，然后进行如下的操作。

在“Use specified method”对话框内选择刚建立的处理方法名（XYZ），按“OK”，则建立了一条校正曲线。

在“Result”下按“Update”,则出现刚处理的标准样品名，双击。

则出现该标样的色谱图，单击，出现该标样的保留时间，单击，出现该标样的分子量信息。

如对自动积分的结果不满意，可以单击（Processing Parameters Wizard）,选择“keep the calibrationcurve”，进行调整。

单击即可看到整条校正工作曲线。

3.处理样品单击命令栏上的“Find Data”，在“Sample Set”下选中要处理的未知聚苯乙烯试样所在的样品组，双击。

选择所需处理的样品数据，单击，在“Use specified method”对话框内选择所需的处理方法名（XYZ），按“OK”。

在“Result”下按“Update”，则出现刚处理的未知聚苯乙烯试样样品名，双击，出现该样品的色谱图，点击，出现该样品的保留时间，点击，出现该样品的积分结果，即所需的分子量分布的信息。

如对自动积分的结果不满意，可以单击（Processing Parameters Wizard），选择“keep the calibration curve”，进行调整。

GPC-分子量及分子量分布测量解读

GPC-分子量及分子量分布测量解读
2 [ ] 2 K 2 M 2 2 1 K1 M 11 1 K 2 M 2
log K1 ( 1 1) log M 1 log K 2 ( 2 1) log M 2 K1 1 1 1 log M 2 log( ) log M 1 2 1 K2 2 1
H f(v)
单分散样品 类似高斯曲线
Vp
V (t)
多分散样品 可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
H S Wi Wi
V (T)
分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。
凝胶渗透色谱
<107
各种平均分子量

分子量分布的测定方法 分级、超速离心、GPC
凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC or Size Exclusion Chromatography, SEC)
组成：泵系统、 进样系统、分离 系统、检测系统、 温度控制系统和 数据采集与处理 系统。
MP和σ分别为峰位分子量和谱峰宽度，B1＝2.303B
条块法 当谱图不对称或出现多峰时应用此法。将GPC曲线沿横坐 标分成n个级分，求出每个级分的淋洗体积Vi和浓度Hi， 再由校正曲线求出每个级分的分子量Mi，级分的重量分 数为Wi，即可得到平均分子量为
GPC载体的种类：
1.交联聚苯乙烯凝胶 2.多孔性玻璃 3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙 烯酰胺凝胶 4.木质素凝胶等
载体是GPC产生分离作用的关键
GPC 仪器对载体的要求：
1.良好的化学稳定性和热稳定性； 2.有一定的机械强度 3.不易变形; 4.流动阻力小 5. 对试样没有吸附作用 6.分离范围越大越好（取决于孔径分布)等 7.载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱 分离效率愈高。

GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)

GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)

20.00
10.00
0.00
-10.00
18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 27.00 28.00 29.00 30.00 Minutes
图8 样品的GPC曲线
GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
18
GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
示差检测器
废液瓶
图5 仪器构造示意图
GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
13
实验仪器 色谱柱和柱内填料
图6 色谱柱及填料 GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
14
实验仪器量和分子量分布(课件分享)
15
实验步骤
GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
3
实验原理
聚合物的分子量的特点：
大且具有不均一性 (多分散性)。 根据统计方法不同，可分为：
数均分子量 （ M）n
重均分子量（ M）w
Z 均分子量（ 粘均分子量（
M
）M）Z
η
聚合物分子量分布情况由多分散性系数表示：
PDI = Mw / Mn
GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
GPC法测定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
6
实验原理
“排斥体积”理论：分子比凝胶颗粒内部孔径大的完全不能进入孔 内，只能随流动相从颗粒间隙流出柱外；而较小的分子可以或多或少 地进入凝胶颗粒中的小孔。因此，大分子流程短，淋洗体积小，小分 子流程长，淋洗体积大。
图1 GPC分离过程G示PC法意测图定聚合物分子量和分子量分布(课件分享)
loM g21 1 2loK K g 1 21 1 1 2loM g 1

凝胶渗透色谱法测定高聚物的相对分子质量及其分布.

凝胶渗透色谱法测定高聚物的相对分子质量及其分布.

料内部孔洞的能力和几率也不同，分子尺寸较小（或相对分子质量较小）的高分子线团所能够进入的
孔洞数目多于分子尺寸较大（或相对分子质量较大）的高分子线团，因而在色谱柱中停留的时间就较
长些，这样，在用溶剂不断淋洗色谱柱中的高聚物试样的情况下，尺寸大小不同的高分子在色谱柱中
的相对位置就逐渐地被拉开了（如图7-1所示）。可将色谱柱中的总体积Vt 分为三部分： Vt = V0 + Vi + Vg
完全分离
谱柱按照相对分子质量大小分离开来，它们的Kd 值处于0～1 之间，其中相对分子质量较大的高分
子的Kd 值较小，Ve值较小，因而较先从色谱柱中 被淋洗出来，而相对分子质量较小的高分子的Kd
值较大，Ve值较大，因而较后从色谱柱中被淋洗 出来。实验证明，高分子溶质的相对分子质量M 和 其淋出体积Ve 之间有下列单值对数函数关系：
谱柱的分辨率越高。
2. 凝胶渗透色谱仪及GPC谱图
凝胶渗透色谱仪（简称GPC仪）是将高聚物试样通过色谱柱分离后，连续地测定其中各个级份的
相对分子质量及其相对含量的仪器。目前国内外的GPC仪都已装配成具有自动化水平的仪器，但有的
实验室中仍还使用简易型GPC仪。不论是什么型号，GPC仪都是由输液系统、色谱柱、检测器及记录
数均相对分子质量以及多分散系数HI：
n
Mw
=
n
∑ wi
i=1
⋅Mi
∑Hi ⋅Mi = i=1
n
∑ Hi
i=1
(7-6)
Mn
=
⎡n ⎢∑ ⎣i=1
wi Mi
⎤ −1 ⎥ ⎦
=
⎡n ⎢∑ ⎣i=1
H
i
∑ Mi
H
i
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数 均 数 均 数 均 数 均 数 均 重 均 各种平均 重均，数均 粘 均 各种平均
绝对法 相对法 相对法 相对法 绝对法 绝对法 绝对法 绝对法 相对法 相对法
高聚物分子量的多分散性是高聚 物最基本特征之一，平均分子量及其 分布宽度不仅可以用来表征聚合物的 链结构，而且也是决定高分子材料性 能的基本参数之一，因此研究高聚物 就必须掌握分子量分布的测定方法。
为什么要用GPC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。
分子量分布研究的意义：
首先，分子量分布对材料的物理机械性能影响很大； 其次，聚合物在材料加工前的分子量分布取决于聚合反
应机理，它在老化过程中分子量分布的变化取决于降解 机理。这样，测定分子量分布又是研究和验证聚合和解 聚动力学的有力工具。 例如，在涤纶片基生产过程中，（若分子量分布过宽，即 含有较多的高分子量和低分子量部分时，其成膜性差， 抗应力开裂能力也会降低）。测定高聚物的分子量分布 也是研究高分子聚合物或降解动力学的重要途径。
GPC方法中以淋洗体积或淋洗时间代表分子的尺寸大小，所
以首先要确定淋洗体积或淋洗时间与相对分子质量的关系，
即要建立一条两者之间相关联的曲线，就是通常所说的校正 曲线。 通常分子量的对数值与淋洗时间之间的关系曲线（LgM – T） 称之为分子量校正曲线
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)
GPC测试高分子的分子量 及分布
主讲 李金玲
聚合物---不同相对分子质量的同系物组成
的混合物。到目前为止尚无一种聚合方法
可以得到完全单一的相对分子质量的聚合
产物。
对聚合物的分子量加以控制的意义：
聚合物分子量小，性能达不到要求；
当分子量大至某种程度时，其熔融状态的流动性很差，
给加工成型造成困难。 兼顾到使用性能和加工性能两方面的要求，需对聚合物 的分子量加以控制。 例如，一般的聚苯乙烯制品平均分子量为十几万，如 果分子量低到几千极易粉碎，几乎没有应用价值。 当分子量达到20万以上时，其机械性能较好，但分 子量达到百万以上时，又难以加工，也失去实用价 值。
质在流动相和固定相之间的分配效应，淋出体 积仅仅由溶质分子大小和载体孔尺寸决定，分 离完全是由于体积排除效应所致，故称为体积 排除机理。
GPC两个术语
排阻极限
MW与V之间的关系
渗透极限
GPC柱
GPC 理想 校正 曲线
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。
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。
分子量测定
分子量的测定，是用一组分子量不等的，
单分散试样作为标准样品，分别测定它们 的淋洗时间，作为分子量－淋洗时间矫正 曲线。
分子量校正曲线（ LgM – T曲线 ）
4
5 6 7 8
16.888
17.476 18.032 18.495 19.005
100000
48000 23700 12200 5800
常用线性拟合或者三次方拟合
对于线性校正曲线可用下列
方程表示：lgM=A－BT
凝胶渗透色谱图 (chromatogram) 如图1所示：
如果把淋出体积换算成分子量，就成为分子量分布曲 线图2所示：
现在知道了吧？
GPC系统配置
进样器
泵 色谱柱 检测器
柱温箱
THF, 氯仿, DMF
示差检测器
需要GPC软件才可计算Mw
占据载体颗粒间的全部空隙和颗粒内部的孔洞，然后把 以同样溶剂配成的试样溶液自柱头加入，再以这种溶剂 自头至尾淋洗，同时从色谱柱的尾端接受淋出液，计算 淋出液的体积，并测定淋出液中溶质的浓度。自试样进 柱到被淋洗出来，所接受的淋出液的总体积称为该试样 的淋出体积。
(a) (b) (c) (a) 试样的注入 ； (b)淋洗 ； (c)继续淋洗
被采用的载体是苯乙烯和二乙烯基苯共聚的交联聚苯乙 烯凝胶球。球的表面和内部含有大量彼此贯穿的孔，孔 的内径大小不等。随后又发展了许多其他类型的凝胶以 及各种无机多孔材料，如多孔硅球和多孔玻璃等。
孔穴 凝胶球
(a) (b) (c) (a) 试样的注入 ； (b)淋洗 ； (c)继续淋洗
进行实验时，以待测试样的某种溶剂充满色谱柱，使之
浓度Ci C2 C1 浓度Ci C2 C1
T1 T2 图1
时间 T
lgM2 lgM1 图2
LgM
数均分子量
Mn =
S Hi S (Hi / Mi) S Mi Hi S Hi ΣMi2 Hi S Mi Hi
重均分子量 Z均分子量
Mw =
图2 Hi： 峰高 Mi：分子量
Mz =
D(分散度) = Mw/Mn
平 均 分 子 量 及分散度含 义
数均相对分子质量 (Mn) 重均相对分子质量 (Mw)
Z均相对分子质量（Mz）
粘均相对分子质量 (Mη)
相对分子质量分布的定义为质均相对分子质量与
数均相对分子质量之比：D(分散度)= Mw/Mn
各种平均相对分子质量的测定方法
方 法 名 称 适 用 范 围 相对分子质 方法类 量意义 型
当试样随淋洗溶剂进入柱子后，溶质分子即向多孔性凝
胶的内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的孔外， 还能进入较小的孔，而较大的分子只能进入较大的孔， 甚至完全不能进入孔洞而先被洗提。因而尺寸大的分子 先被洗提出来，尺寸小的分子较晚被洗提出来，分子尺 寸按从大到小的次序进行分离。
这种不考虑溶质和载体之间的吸附效应以及溶
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。
GPC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
样品 大 填充物颗粒
简单吧！
中
孔穴
小
体积排除机理
分离的核心部件是一根装有多孔性载体的色谱柱。最先
一、分子量分布的一般测定方法
分子量分布的实验测定方法的原则是利用高聚物分子量
与某一物性的依赖性，采用不同的方法将其分开，大致 分为三类：
1. 利用高分子在溶液中的分子运动性质测定分子量分布
曲线。如：超速离心沉降法。
2. 利用高分子溶解度与其分子量之间的依赖关系进行分
级。
3. 利用高分子流体力学体积的不同测定分子量分布，即
端基分析法 冰点降低法 沸点升高法 气相渗透法 膜渗透法 光散射法 超速离心沉降速度法 超速离心沉降平衡法 粘度法 凝胶渗透色谱法
3×104以下 5×103以下 3×104以下 3×104以下 2×104~1×106 2×104~1×107 1×104~1×107 1×104~1×106 1×104~1×107 1×103~1×107
凝胶色谱法。
凝胶色谱法(Gel Permeation Chromatography ，简称GPC)
凝胶色谱法（又称凝胶渗透色谱）是目前最广
泛应用的分子量和分子量分布测定方法。
特点：操作简便，测定周期短，数据可靠，重
现性好，是一种重要的分离和分析手段。
1．基本原理
凝胶色谱的分离原理众说不一，有体积排除、
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
6.0
log(M.W.) 1 2 3 5.0 4 5 4.5 6 4.0 7 8 15.0 16.0 17.0 18.0 min
ID 1
2 3
Time 14.797
15.559 16.239
MW 853000
380000 186000
5.5
限制扩散、流动分离等各种解释。实验证明， 体积排除的分离机理起主要作用。因此，这一 技术又被赋予另一个名称——体积排除色谱 (Size Exclusion Chromatography, SEC)。
SEC定义
SEC全称Size Exclusion Chromatography(体积排
阻色谱，或者尺寸排阻色谱）