【干货】分子力测定利器凝胶色谱仪知识

【干货】分子力测定利器凝胶色谱仪知识

凝胶渗透色谱（GPC）是一种重要的分子量测定技术，在高分子材料的研究和生产中发挥着关键作用。本文将详细介绍GPC的工作原理、分离机理以及应用方法，帮助读者深入了解这一重要的分析技术。

测试背景

高分子材料问世至今仅有一百多年的历史，但其发展速度之快及应用范围之广，使它和钢铁、木材、水泥一起构成现代社会的四大基础材料。与其它材料相比，高分子材料具有非常优良的成型加工性能和机械强度，这与其特殊的结构、分子量大小和分子量的差异程度（分子量分布）有着非常密切的关系。

因此，掌握平均分子量和分子量分布等信息，对于高分子材料的研究、开发、制备以及生产工艺管理和品质把控等方面至关重要，而凝胶渗透色谱（GPC）则可以快速而简单地提获取这些信息。

凝胶渗透色谱（GPC）的概念

GPC也可称为体积排阻色谱(SEC)，是一种用溶剂作流动相，多孔性填料或凝胶作为分离介质的柱色谱。接上不同的检测器，GPC可以同时测定聚合物的各种相对分子质量及其分布。

在凝胶色谱技术应用之前,许多经典方法都可以测定高聚物的相对分子质量，如端基测定法、渗透压法、粘度法等，但在测定时都有局限。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。

高聚物的平均分子量及其分布。根据所用凝胶的性质，可以分为使用水溶液的凝胶过滤色谱法（GFC）和使用有机溶剂的凝胶渗透色谱法（GPC）。

分离机理

GPC的分离机理通常用“空间排斥效应”解释。

使用外力使含有样品的流动相（气体、液体或超临界流体）通过一固定于柱或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。样品中各组份在两相中进行不同程度的作用。与固定相作用强的组份随流动相流出的速度慢，反之，与固定相作用弱的组份随流动相流出的速度快。由于流出的速度的差异，使得混合组份最终形成各个单组份的“带(band)”或“区(zone)”，对依次流出的各个单组份物质可分别进行定性、定量分析。

色谱固定相是多孔性凝胶，只有直径小于孔径的组分可以进入凝胶孔道。大组分不能进入凝胶孔洞而被排阻，只能沿着凝胶粒子之间的空隙通过，因而最大的组分最先被洗提出来。

小组分可进入大部分凝胶孔洞，在色谱柱中滞留时间长，会更慢被洗提出来。溶剂分子因体积最小，可进入所有凝胶孔洞，因而是最后从色谱柱中洗提出。

通过GPC方法可实现具有不同分子大小的试样的完全分离。2个检测器的讯号同时输入记录仪可以得到反映相对分子质量分布的色谱图。浓度检测器最常用的是示差折光检测器，紫外吸收检测器和红外吸收检测器。相对分子质量检测器有激光光散射检测器和自动粘度计。在测定速度、可操作性、工作效率等诸多方面，凝胶色谱法都具有与经典方法无可比拟的优势，且其结果与经典方法测定的有良好的一致性。

GPC谱图与标定曲线

GPC谱图

标定曲线

GPC需要通过标定曲线计算聚合物相对分子质量。所以标定曲线的准确与否直接影响分析结果。检测方法可大致分为：间接测定法和直接测定法。

间接法是由淋洗体积(V)与聚合物相对分子质量(M)间的关系(lgM-V)，来间接测定聚合物相对分子质量及其分布。主要有以下几种标定方法：窄分布标样校正法、渐进试差法、普适校正法、无扰均方末端距标定法及有扰均方末端距标定法。直接法可分为粘度法、光散射法。

由于高分子的体积与其相对分子质量只存在间接关系，对于不同的聚合物，相对分子质量相同并不表示体积也相同。也就是说，相同测定条件时，不同的聚合物会有不同的标椎曲线。因此，需要寻找普适标定曲线。粘度与相对分子质量的乘积和溶质分子的流体力学体积成正比，可作为标定参数。不同聚合物以两者作图，得到的校准曲线相互重合，此曲线对各种聚合物具有普适性。

采用GPC法测定聚合物的相对分子质量及其分布，具有精密度高、重复性好、分析速度较快的优点。

流动相选择

根据不同样品体系，选择不同的流动相以及测试条件，分子量测试可以用不同的流动相进行测试。

本文内容来源于国高材分析测试中心。