凝胶渗透色谱实验报告.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划凝胶渗透色谱实验报告　　凝胶渗透色谱法测定　　聚合物的平均分子量及其分布　　一．实验背景简介　　1.聚合物分子量及其分子量分布　　聚合物性能的最主要参数之一，与聚合物力学性能有密切关系，对聚合物拉伸强度以及成型加工过程，如模塑，成模，纺丝等都有影响，研究聚合物的分子量及其分子量分布，对于控制改进产品质量具有重要意义　　2.凝胶渗透色谱法　　利用分子溶液通过填充有某种凝胶的柱子，把聚合物分子按照尺寸大小进行分离的方法　　目前是测定聚合物分子量及其分子量分布最有效的方法　　它具有测定速度快、用量少、自动化程度高等优点，已获得广泛应用　　二．实验目的　　1.了解凝胶渗透色谱的原理；　　2.了解凝胶渗透色谱的仪器构造和凝胶渗透色谱的实验技术；　　3.测定聚苯乙烯样品的分子量分布　　三．实验原理　　凝胶渗透色谱也称为体积排除色谱是一种液体色谱和各种类型的色谱一样，GPC/SEC的作用也是分离，其分离对象是同一聚合物种不同分子量的高分子组份当样品中不同分子量的各组份的分子量和含量被确定后，就可得到聚合物的分子量分布，然后可以很方便地对分子量进行统计，得到各种平均值。

　　一般认为，GPC/SEC是根据溶质体积的大小，在色谱中由于体积排除效应即渗透能力的差异进行分离高分子在溶液中的体积决定于分子量、高分子链的柔顺性、支化、溶剂和温度，当高分子链的结构、溶剂和温度确定后，高分子的体积主要依赖于分子量凝胶渗透色谱的固定相是多孔性微球，可由交联度很高　　1　　的聚苯乙烯、聚丙烯酸酰胺、葡萄糖和琼脂糖的凝胶以及多孔硅胶、多孔玻璃等来制备色谱的淋洗液是聚合物的溶剂当聚合物溶液进入色谱后，溶质高分子向固定相的微孔中渗透由于微孔尺寸与高分子的体积相当，高分子的渗透几率取决于高分子的体积，体积越小渗透几率越大，随着淋洗液流动，它在色谱中走过的路程就越长，用色谱术语就是淋洗体积或保留体积增大反之，高分子体积增大，淋洗体积减小，因而达到依高分子体积进行分离的目的基于这种分离机理，GPC/SEC的淋洗体积是有极限的当高分子体积增大到已完全不能向微孔渗透，淋洗体积趋于最小值，为固定相微球在色谱中的粒间体积反之，当高分子体积减小到对微孔的渗透几率达到最大时，淋洗体积趋于最大值，为固定相微孔的总体积与粒间体积之和，因此只有高分子的体积居于两者之间，色谱才会有良好的分离作用对一般色谱分辨率和分离效率的评定指标，在凝胶色谱中也沿用。

　　图3-1是GPC/SEC的构造示意图，淋洗液通过输液泵成为流速恒定的流动相，进入紧密装填多孔性微球的色谱柱，中间经过一个可将样品送往体系的进样装置聚合物样品进样后，淋洗液带动溶液样品进入色谱柱并开始分离，随着淋洗液的不断洗提，被分离的高分子组份陆续从色谱柱中淋出浓度检测器不断检测淋洗液中高分子组份的浓度响应，数据被记录最后得到一张完整的GPC/SEC淋洗曲线如图3-2　　图3-1GPC/SEC的构造　　淋洗曲线表示GPC/SEC对聚合物样品依高分子体积进行分离的结果，并不是分子量分布曲线实验证明淋洗体积和聚合物分子量有如下关系：　　lnM=A?BV或logM=A'?B'logV　　2　　式中M为高分子组分的分子量，A、B与高分子链结构、　　支化以及溶剂温度等影响高分子在溶液中的体积的因素有关，也与色谱的固定相、体积和操作条件等仪器因素有关，因此式称为GPC/SEC的标定关系式的适用性还限制在色谱固定相渗透极限以内，也就是说分子量过高或太低都会使标定关系偏离线性一般需要用一组已知分子量的窄分布的聚合物标准样品对仪器进行标定，得到在指定实验条件，适用于结构和标样相同的聚合物的标定关系　　图3-2GPC/SEC淋洗曲线和"切割法"示意图　　四．实验仪器和试剂　　1．组合式PL-GPC50，分析天平，微孔过滤器；配样瓶，注射针筒。

　　2．聚苯乙烯标样、聚苯乙烯、四氢呋喃　　五．实验步骤　　1.样品配制　　选取9个不同分子量的标样，按分子量顺序1、3、5，2、6、8和4、7、9，每组标样分别称取约2mg混在一个配样瓶中，用针筒注入约6mlTHF溶剂，溶解后用装有微米孔径的微孔滤膜的过滤器过滤　　在配样瓶中称取约4mg被测样品，注入约4ml溶剂，溶解后过滤　　2.仪器观摩　　了解GPC/SEC仪各组成部分的作用和大致结构，了解实验操作要点设定淋洗液流速为/min、柱温和检测温度为30℃了解数据处理系统的工作过程　　3.GPC/SEC的标定　　待仪器基线稳定后，用进样针筒先后将3个混合标样进样，进样量为100微升，　　3　　等待色谱淋洗，最后得到完整的淋洗曲线从3张淋洗曲线确定共9个标样的淋洗体积　　4.样品测定　　按上述方法，将PS样品溶液进样，得到淋洗曲线后，依照GPC配套的分析软件进行数据处理，得到数均分子量，重均分子量，Z均分子量，以及多分散系数　　六．数据处理及处理　　1.实验记录　　a)GPC/SEC的标定实验条件　　标样聚苯乙烯浓度/ml淋洗液THF　　流速/min柱温30℃进样量100μl　　b)样品测定实验条件　　标样聚苯乙烯浓度/ml淋洗液THF　　流速/min柱温30℃进样量100μl　　数据处理与结果　　4　　七．回答问题及讨论　　1．高分子的链结构、溶剂和温度为什么会影响凝胶色谱的校正关系？　　链结构：高聚物的支化分为短链支化和长链支化。

一般带支链的高聚物比相同分子量的线型高分子具有较小的分子体积，即较大的GPC保留体积值　　溶剂：由于溶质分子的构型不同，溶质分子与溶剂分子之间的作用也不同从而导致分子量相同的溶质分子在溶剂中可能有不同大小的体积因此，也可能有不同的淋洗体积　　温度：温度会影响溶质在溶剂中的溶解度，从而影响校正关系　　2．为什么在凝胶渗透色谱实验中，样品溶液的浓度不必准确配制？　　因为一般GPC测试是用相对法计算结果，即利用出峰时间对应标准曲线来算得相对分子量，而GPC的分离原理是基于分子的体积大小，与溶液浓度无关，所以样品浓度不必准确配置　　5　　实验三凝胶渗透色谱(GPC)法测定聚合物的分子　　量及分子量分布　　分子量的多分散性是高聚物的基本特征之一聚合物的性能与其分子量和分子量分布密切相关凝胶渗透色谱是液相色谱的一个分支，已成为测定聚合物分子量分布和结构的最有效手段其还可测定聚合物的支化度，共聚物及共混物的组成采用制备型的色谱仪，可将聚合物按分子量的大小分级，制备窄分布试样，供进一步分析和测定其结构该方法的优点是：快捷、简便、重视性好、进样量少、自动化程度高　　凝胶色谱的分离机理众说不一，有体积排除、限制扩散、与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　　一、实验目的：　　1．掌握GPC法测定高聚物分子量及分子量分布的原理；　　2．了解Waters—1515型仪器的操作技术；　　3．掌握GPC数据处理方法　　二、基本原理：　　图3-1.GPC分离过程示意图　　圆球表示颗粒；黑点表示溶质分子、　　在凝胶色谱中会有三种情况，一是分子很小，能进入分子筛全部的内孔隙；二是分子很大，完全不能进入凝胶的任何内孔隙；三是分子大小适中，能进入凝胶的内孔隙中孔径大小相应的部分大、中、小三类分子彼此间较易分开，但每种凝胶分离范围之外的分子，在不改变凝胶种类的情况下是很难分离的对于分子大小不同，但同属于凝胶分离范围内各种分子，在凝胶床中的分布情况是不同的：分子较大的只能进入孔径较大的那一部分凝胶孔隙内，而分子较小的可进入较多的凝胶颗粒内，这样分子较大的在凝胶床内移动距离较短，分子较小的移动距离较长于是分子较大的先通过凝胶床而分子较小的后通过凝胶床，这样就利用分子筛可将分子量不同的物质分离另外，凝胶本身具有三维网状结构，大的分子在通过这种网状结构上的孔隙时阻力较大，小分子通过时阻力较小。

分子量大小不同的多种成份在通过凝胶床时，按照分子量大小排队，凝胶表现分子筛效应　　GPC色谱柱装填的是多孔性凝胶或多孔微球，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4-2图所示　　图仪工作流程图　　色谱柱总体积为Vt，载体骨架体积为Vg，载体中孔洞总体积为Vi，载体粒间体积为V0，则　　Vt＝Vg＋V0＋Vi　　V0和Vi之和构成柱内的空间溶剂分子体积远小于孔的尺寸，在柱内的整个空间活动；高分子的体积若比孔的尺寸大，载体中任何孔均不能进入，只能在载体粒间流过，其淋出体积是V0；高分子的体积若足够小，如同溶剂分子尺寸，所有的载体孔均可以进出，其淋出体积为；高分子的体积是中等大小的尺寸，它只能在载体孔Vi的一部分孔中进出，其淋出体积Ve为　　Ve＝V0＋KVi　　K为分配系数，其数值0≤K≤l，与聚合物分子尺寸大小和在填料孔内、外的浓度比有关当聚合物分子完全排除时，K＝0；在完全渗透时，K＝1当K＝0时，Ve＝V0；此处所对应的聚合物分子量是该色谱柱的渗透极限　　，商品　　GPC仪器的PL常用聚苯乙烯的分子量表示聚合物分子量超过PL值时，只能在V0以前被淋洗出来，没有分离效果。

　　V0和Vg对分离作用没有贡献，应设法减小；Vi是分离的基础，其值越大柱子分离效果越好制备孔容大，能承受压力，粒度小，又分布均匀，外形规则的多孔载体，让其尽可能紧密装填以提高分离能力柱效的高低，常采用理论塔板数N和分离度R来作定性的描述测定N的方法可以用小分子物质作出色谱图，从图上求得流出体积Ve和峰宽W，以下式计算　　N值：N＝2，N值越大，意味着柱　　子的效率越高l”、“2”代表分子量不同的两种　　标准样品，Ve,1、Ve,2、W1，W2为其淋出体积和　　峰宽，分离度R的计算为R?　　R≥1，则完全分离　　上面阐述的GPC分离机理只有在流速很低，　　溶剂粘度很小，没有吸附，扩散处于平衡的特殊　　条件下成立，否则会得出不合理的结果　　实验测定聚合物GPC谱图，所得各个级份的分子量测定，有直接法和间接法直接法是指　　GPC仪和粘度计或光散射仪联用；而最常用的间接法则用一系列分子量已知的单分散的标准样品，求得其各自的淋出体积Ve，作出logM对Ve校正曲线　　logM＝A－BVe-----------------------------------------　　当logM＞logMa时，曲线与纵轴平行，表明此时的流出体积和样品的分子量是无关，V0即为柱中填料的粒间体积，Ma就是这种填料的渗透极限。

当logM＜logMa时，Ve对M的依赖变得非常迟钝，没有实用价值在logMa和logMd点之间为一直线，即式表达的校正曲线式中A、B为常数，与仪器参数、填料和实验温度、流速、溶剂等操作条件有关，B是曲线斜率，是柱子性能的重要参数，B数值越小，柱子的分辨率越高　　上述订定的校准曲线只能用于与标准物质化学结构相同的高聚物，若待分析样品的结构不同于标准物质，需用普适校准线GPC法是按分子尺寸大小分离的，即淋出体积与分子线团体积有关，利用Flory的粘度公式：2?Ve,2?Ve,1?W1?W2，若　　?????'R3　　M???M??R'3　　R为分子线团等效球体半径[η]M是体积量纲，称为流体力学体积众多的实验中得出[η]M的对数与Ve有线性关系这种关系对绝大多数的高聚物具有普适性普适校准曲线为　　log[?]M?A'?B。