原理介紹

凝膠滲透色譜(Gel Permeation Chromatography,GPC)也稱為體積排除色譜或尺寸排除色譜,是液相色譜的一個分支,是高聚物表征的重要方法之一。

GPC是利用高分子溶液通過填充有微孔凝膠(固定相,可分為有機凝膠和無機凝膠)的柱子把高分子按尺寸大小進行分離的方法。GPC實驗能測定聚合物的分子量及分子量分布,確定聚合物支化度及共聚物組成等。優(yōu)點是快速、簡便、重復性好、進樣量少,可實現高度自動化。

GPC的固定相是表面和內部有著各種各樣、大小不同的孔洞和通道的微球,可由交聯度很高的聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、葡萄糖和瓊脂糖的凝膠以及多孔硅膠、多孔玻璃等來制備。

在色譜柱中加入高分子溶液,用溶劑淋洗時,體系處于動態(tài)平衡狀態(tài)。聚合物分子在柱內流動過程中,不同大小的分子程度不同的滲透到柱內有大小孔徑分布的載體的空洞中去。體積大于凝膠空隙的分子,由于不能直接進入空隙而被排阻,直接從表面流過,先流出色譜柱。小分子可以滲入凝膠孔隙中而完全不受排阻,在孔隙中隨流動相流動,后流出色譜柱。中等分子介于上述兩種情況之間。如下圖所示。

隨后可得出高分子尺寸大小隨保留時間(或保留體積VR、淋出體積Ve)變化的曲線,即分子量分布的色譜圖(如下圖所示)。

應用介紹

目前,凝膠色譜在高分子材料的生產及研究工作中的應用大致可歸總為四個方面:

聚合物合成

GPC在聚合物合成中起到了重要作用。在聚合物化學中,控制聚合物鏈長和分子量是非常關鍵的。因此,在聚合反應過程中,需要對反應進行監(jiān)測和控制,以確保所得到的聚合物符合預期的要求

GPC可以通過測量反應體系中不同時間點上所得到的樣品相對分子質量來監(jiān)測反應過程,并確定反應速率和轉化率。此外,通過定期取樣并使用GPC進行檢測,可以了解反應體系中不同時間點上所得到的樣品相對分子質量隨時間變化的趨勢,從而更好地掌握反應動力學規(guī)律

純化

在高分子材料制備過程中,需要對產物進行純化以消除雜質,提高產品的純度和品質。GPC可以通過測量高分子溶液中不同分子量的組成來判斷樣品的純度,并確定所需的純化步驟和條件

在GPC分析中,通常使用多角色柱進行分離,這使得GPC可以區(qū)分不同相對分子質量的聚合物組成部分。通過比較樣品與標準聚合物的GPC曲線,可以確定產物中存在的雜質種類和含量,并根據需要進行進一步純化。

表征

GPC可用于表征聚合物樣品的相對分子質量、分子量分布和結構等特性。這些特性對于研究聚合物結構-性能關系、設計新型材料以及制定加工工藝具有重要意義

通過測量高分子溶液中不同相對分子質量組成部分的含量,可以得到聚合物樣品的相對平均分子質量、數平均相對分子質量和重平均相對分子質量等參數。此外,還可以使用 GPC來確定聚合物鏈端官能團支化度和交聯度等結構參數

控制

GPC可以幫助控制聚合反應過程中產生的高聚物數量和結構,從而實現對聚合物性質的**控制。例如,在合成聚合物材料時,GPC可以用于監(jiān)測反應體系中不同時間點上所得到的樣品相對分子質量隨時間變化的趨勢,并根據需要進行調整和控制反應條件,以產生具有特定結構和性質的聚合物。

此外,GPC還可以用于評估聚合物材料中添加劑的效果。例如,在聚合物材料中添加抗氧化劑、穩(wěn)定劑等添加劑時,可以使用GPC來檢測樣品中不同相對分子質量組成部分的含量變化,從而確定添加劑的效果。

結論

總之,GPC在高分子方面具有廣泛的應用價值。它可以幫助研究人員了解反應動力學規(guī)律、純化產物、表征聚合物樣品特性以及控制聚合反應過程等方面。隨著高分子科學技術不斷發(fā)展和進步,GPC將繼續(xù)發(fā)揮重要作用,并為高分子材料領域帶來更多新的機遇和挑戰(zhàn)。