实验七 凝胶渗透色谱法测定聚合物相分子质量分布
实验目
1解凝胶渗透色谱法测定聚合物相分子质量分布原理
2解凝胶渗透色谱仪仪器构造初步掌握凝胶渗透色谱仪实验技术
3．测定聚苯乙烯样品相分子质量分布
二实验原理
聚合物相分子质量量分布聚合物性重参数聚合物材料物理机械性加工性等影响测定聚合物相分子质量分布常快速效方法凝胶渗透色谱法（gel permeation chromatography简称GPC）
1 GPC分离机理
GPC种新型液相色谱测定聚合物相分子质量分布外广泛研究聚合物支化度聚物组成分布高分子材料中微量添加剂分析等方面种类型色谱样GPC具分离功分离机理较复杂目前未取致意见GPC般实验条件体积排分离机理认起作
体积排分离机理理认：GPC分离溶质分子孔性填料中渗透空间体积形成装填色谱柱中孔性填料（凝胶）表面部分布着孔洞通道测试分散性试样淋洗溶剂进入色谱柱溶质分子填料部孔洞渗透渗透程度取决溶质分子体积体积较分子进入较孔洞体积较分子进入较孔洞外进入较孔洞体积分子流色谱柱时实际路程分子体积越路程越短着溶剂淋洗程进行体积分子先淋洗出次流出尺寸较分子分子淋洗出达分子分离目GPC机理般解释
般色谱理试样分子保留体积VR（淋出体积Ve）式表示：
VeVo+KVi
式中Ve淋出体积指溶液试样进色谱柱淋洗出淋出液总体积
Vo柱中填料粒子粒间体积Vi柱中填料粒子部孔洞体积K分配系数溶质分子进入粒子孔体积粒子总孔体积
孔洞分子K＝0VeVo首先洗提出色谱柱类分子没分离作进入填料孔分子K1VeVo+Vi洗提出色谱柱类分子没分离作尺寸介述两极端间分子0聚合物分子溶液中体积决定相分子质量分子链柔性支化程度溶剂温度聚合物分子链结构溶剂温度确定聚合物分子体积赖相分子质量分散聚合物分子着溶剂流GPC色谱柱时分子分子体积次序分离出实际应着相分子质量次序分离
2 GPC谱图标定校正曲线
聚合物试样凝胶色谱柱相分子质量分级需级分含量相分子质量进行测定标定相分子质量分布情况GPC技术中淋出液浓度直接反映级分含量需采示差折光紫外吸收红外吸收等检测器检测淋出液浓度测出级分含量常示差折光仪测溶液折光指数纯溶剂折光指数差Δn稀溶液范围Δn正溶液浓度cΔn值直接反映淋出液浓度反映级分含量相分子质量测定直接法间接法直接法淋出体积级分相分子质量检测器(动黏度计角激光光散射检测器)浓度检测器测定溶液浓度时测定黏度光散射计算出相分子质量分布数计算中需校正曲线间接法称校正曲线法根校正曲线测出淋出体积换算成相分子质量方法实验采间接法测定聚合物相分子质量
GPC仪输液系统（柱塞泵）进样器色谱柱检测器附属电子仪器组成图71GPC构造示意图淋洗液通柱塞泵成流速恒定流动相进入紧密装填孔性微球色谱柱中间样品送体系进样装置聚合物样品进样淋洗液带动溶液样品进入色谱柱开始分离着淋洗液断洗提分离聚合物组分陆续色谱柱中淋出浓度检测器断检测淋洗液中聚合物组分浓度响应数记录条GPC
淋洗曲线（图72）图72示坐标洗提液纯溶剂折光指数差值Δn极稀溶液中正洗提液相浓度c横坐标保留体积Ve表征分子尺寸相分子质量M关GPC色谱图中横坐标保留体积换算成相分子质量需助校正曲线
GPC标定（校正）曲线表示VeM关系曲线相测试条件测定组已知相分子质量M窄分布标准样品GPC谱图（图73）求峰值位置保留体积VelgM相应Ve作图GPC校正曲线（图74）直线部分校正方程：
lgMABVe
3 GPC数处理方法
GPC数处理般采切割法谱图确定基线基线淋洗曲线包围面积横坐标进行等距离切割分割成组行坐标宽度相等长条（图75）相样品分成系列级分级分溶液体积相等第i长条保留体积Vi校正曲线确定相分子质量Mi
级分浓度应检测器Vi处响应长条高度Hi切割条化高度(高度分数)级分含量Hi正级分i质量wi相分子质量Mi第i级分质量分数表示
WiMiHiiHi
切割条化高度相应相分子质量列表作图完整聚合物样品相分子质量分布结果计算中运分割条聚合物相分子质量均假定取间隔越计算中取点越假定实际偏差越换言切割条数增利计算结果精度提高般切割条数达20条时相分子质量分布描述误差已GPC方法身误差
根种均相分子质量定义式计算出种均相分子质量分散系数（polydispersity indexPDI）：
MwiWiMiiMiHiiHiiHiMiiHi
MniWiMi1[i1MiHiiHi]1iHiiHiMi
MηiMiαHiiHi1α
PDIMwMn
三仪器试剂
1 仪器
PLGPC50PLAS RT型动进样器电子天微孔滤膜微孔滤器样品瓶注射器等
2 试剂
氯仿聚苯乙烯标准样品相分子质量未知聚苯乙烯样品
四实验步骤
1 溶剂准备
溶剂（氯仿）需蒸馏微孔滤膜滤前需脱气方倒入溶剂贮存瓶
2 样品准备
（1）选取10相分子质量窄分布聚苯乙烯标样分三组组标样分称取定量混样品瓶中注入定量溶剂（氯仿）溶解装微孔滤膜滤器滤转移样品瓶中
（2）称取定量相分子质量未知聚苯乙烯样品样品瓶中加入溶剂（氯仿）通常38 mg样品溶解15 mL溶剂中溶解装微孔滤膜滤器滤转移样品瓶中
3仪器开机
（1）开机开GPC机电源动进样器电源仪器检等完成
（2）GPC运行条件设定开计算机双击桌面PL Inst Control图标连接GPC50Control软件进行仪器计算机间连通设定流速炉温示差折光检测器参数般测试流速设1mL⋅min1炉温40℃（注意 确认Injection Valve处Load状态）运行流速达1mL⋅min1时检测器洗5次点击动进样器Autosampler图标进入动进样器操作界面点击Initialise Arm图标动进样器会动调整旋臂位置点击Solvent Flush图标动进样针会动移洗池然动进样泵会吸取1mL溶剂通六通阀动进样针洗池实现洗通废液排出口排出动进样器程会动重复次时动进样器显示状态
Ready
4．开运行监视窗口
双击开桌面Data Stream Monitor图标选择菜单栏中Channel Add Channel时弹出窗口选中左栏GPC50 on COM4右栏会显示四行字符选择第行RI(1)点击OK开Monitor窗口
5．采集文件设定
（1）双击开桌面GPC Online图标设置测试样品序列信息选择文件名XXX工作簿（Workbook）点击OK开计算机提示Collection Device ready to begin collection点击OK点击左侧Views栏中Collection Runlist钮右侧会显示测试样品序列（Sample No）样品批号(Batch Name)样品名（Sample Name）样品类型（Sample Type）方法（Method）等7项目开菜单栏中Runlist
Add sample添加样品选择Add multiple samples次添加样品然输入具体Batch NameSample Name选定合适Sample TypeMethod
a．GPC标样设定
GPC Online左侧Method Browser中建立新方法输入方法文件名YYY前述步骤设定采集文件三组标样Sample Type
均选择Narrow StandardMethod均选择YYY
b．未知样品设定
前述步骤设定采集文件未知样品Sample Type选择Unknown
Method选择NoneYYY
（2）动进样器控制面板示意图GPC Online中设置样品序列双击面板中相应样品位置加入右侧Current Vial Sequence中时该位置会变绿色高亮重复双击取消选中Current Vial Sequence中设置样品名称进样次数（样品次进样）生成Injection Sequence中相应进样序次数务必保证Injection Sequence中测试样品序列GPC Online中设置相
6．进样测试
仪器基线稳定GPC标样未知样品进行测试具体步骤：点击
Injection Sample(s)图标计算机提示Collection Device ready to begin collection点击OK开始进样进样时动进样器会抽取约05 mL溶剂进样完毕动进样器会动洗进样针准备次进样进样时控制面板中处测试状态样品相应位置颜色会绿色高亮变红色高亮时Data Stream中基线变红色样品测试结束时Data Stream监视窗口应显示No Injection基线蓝色
a．GPC标样测定：动进样器已设定序先三混合标样溶液进样运行分相应GPC淋洗曲线（GPC谱图）
b．未知样品测定：动进样器未知样品溶液进样运行GPC谱图
五．数处理
1 双击桌面GPC Offline图标开名XXX工作簿（Workbook）点击OK
2选择左侧Analysis Runlist右侧会Batch Name显示已测试样品文件双击样品名样品加入分析列表中
3双击列表中样品Method项目选择YYY方法F9键（弯箭头）然点击左侧Analysis调整峰数目基线位置
4单击右键选择Calculate Results完成分析
a．GPC标样分析
组标样述步骤进行分析张包括峰顶淋洗体积VeM等项目表格应Ve值输入相应标样Mp值点击鼠标右键选择Add To CalibrationM相应Ve数添加YYY方法文中三混合标样应三张淋洗曲线确定10标样淋洗体积根10标样已知Mp值作出lgM~Ve图GPC校正曲线校正方程生成YYY方法文件
b．未知样品分析
确定未知样品溶液应淋洗曲线基线利面标样GPC校正曲线未知样品流出级分相分子质量信号强度进行统计计算种均相分子质量（MnMwMη）相分子质量分布
5实验报告生成
双击开桌面GPC Offline图标次点击FileProduce Analysis ReportSample Report选择输出方式（Adobe PDF）选择报告模板（Unknown Injection USC）输入报告文件名
思考题：
1 简述凝胶渗透色谱分离机理
答：GPC种新型液相色谱测定聚合物相分子质量分布外广泛研究聚合物支化度聚物组成分布高分子材料中微量添加剂分析等方面种类型色谱样GPC具分离功分离机理较复杂目前未取致意见GPC般实验条件体积排分离机理认起作
体积排分离机理理认：GPC分离溶质分子孔性填料中渗透空间体积形成装填色谱柱中孔性填料（凝胶）表面部分布着孔洞通道测试分散性试样淋洗溶剂进入色谱柱溶质分子填料部孔洞渗透渗透程度取决溶质分子体积体积较分子进入较孔洞体积较分子进入较孔洞外进入较孔洞体积分子流色谱柱时实际路程分子体积越路程越短着溶剂淋洗程进行体积分子先淋洗出次流出尺寸较分子分子淋洗出达分子分离目GPC机理般解释
2 什凝胶渗透色谱实验中样品溶液浓度必准确配制？
答：般GPC测试相法计算结果利出峰时间应标准曲线算相分子量GPC分离原理基分子体积溶液浓度关样品浓度必准确配置浓度应该合适范围浓度会导致峰展宽拖峰等检测信号弱信噪较低会影响结果
3 相分子质量相样品线性分子支化度分子者先流出GPC色谱柱？
答：般支化度分子线形分子先流出色谱柱
4 试较校正曲线普适校正曲线法
答：校正曲线类型聚合物分子窄分布标准样品进行标定普适校正曲线适相测试条件结构化学性质聚合物试样
种聚合物特性黏数[η]相分子质量M积淋出体积Ve关系落条直线[η]M代表溶液中聚合物分子流体力学体积lg([η]M) VR作图普适校正曲线
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实验目
1解凝胶渗透色谱法测定聚合物相分子质量分布原理
2解凝胶渗透色谱仪仪器构造初步掌握凝胶渗透色谱仪实验技术
3．测定聚苯乙烯样品相分子质量分布
二实验原理
聚合物相分子质量量分布聚合物性重参数聚合物材料物理机械性加工性等影响测定聚合物相分子质量分布常快速效方法凝胶渗透色谱法（gel permeation chromatography简称GPC）
1 GPC分离机理
GPC种新型液相色谱测定聚合物相分子质量分布外广泛研究聚合物支化度聚物组成分布高分子材料中微量添加剂分析等方面种类型色谱样GPC具分离功分离机理较复杂目前未取致意见GPC般实验条件体积排分离机理认起作
体积排分离机理理认：GPC分离溶质分子孔性填料中渗透空间体积形成装填色谱柱中孔性填料（凝胶）表面部分布着孔洞通道测试分散性试样淋洗溶剂进入色谱柱溶质分子填料部孔洞渗透渗透程度取决溶质分子体积体积较分子进入较孔洞体积较分子进入较孔洞外进入较孔洞体积分子流色谱柱时实际路程分子体积越路程越短着溶剂淋洗程进行体积分子先淋洗出次流出尺寸较分子分子淋洗出达分子分离目GPC机理般解释
般色谱理试样分子保留体积VR（淋出体积Ve）式表示：
VeVo+KVi
式中Ve淋出体积指溶液试样进色谱柱淋洗出淋出液总体积
Vo柱中填料粒子粒间体积Vi柱中填料粒子部孔洞体积K分配系数溶质分子进入粒子孔体积粒子总孔体积
孔洞分子K＝0VeVo首先洗提出色谱柱类分子没分离作进入填料孔分子K1VeVo+Vi洗提出色谱柱类分子没分离作尺寸介述两极端间分子0
2 GPC谱图标定校正曲线
聚合物试样凝胶色谱柱相分子质量分级需级分含量相分子质量进行测定标定相分子质量分布情况GPC技术中淋出液浓度直接反映级分含量需采示差折光紫外吸收红外吸收等检测器检测淋出液浓度测出级分含量常示差折光仪测溶液折光指数纯溶剂折光指数差Δn稀溶液范围Δn正溶液浓度cΔn值直接反映淋出液浓度反映级分含量相分子质量测定直接法间接法直接法淋出体积级分相分子质量检测器(动黏度计角激光光散射检测器)浓度检测器测定溶液浓度时测定黏度光散射计算出相分子质量分布数计算中需校正曲线间接法称校正曲线法根校正曲线测出淋出体积换算成相分子质量方法实验采间接法测定聚合物相分子质量
GPC仪输液系统（柱塞泵）进样器色谱柱检测器附属电子仪器组成图71GPC构造示意图淋洗液通柱塞泵成流速恒定流动相进入紧密装填孔性微球色谱柱中间样品送体系进样装置聚合物样品进样淋洗液带动溶液样品进入色谱柱开始分离着淋洗液断洗提分离聚合物组分陆续色谱柱中淋出浓度检测器断检测淋洗液中聚合物组分浓度响应数记录条GPC
淋洗曲线（图72）图72示坐标洗提液纯溶剂折光指数差值Δn极稀溶液中正洗提液相浓度c横坐标保留体积Ve表征分子尺寸相分子质量M关GPC色谱图中横坐标保留体积换算成相分子质量需助校正曲线
GPC标定（校正）曲线表示VeM关系曲线相测试条件测定组已知相分子质量M窄分布标准样品GPC谱图（图73）求峰值位置保留体积VelgM相应Ve作图GPC校正曲线（图74）直线部分校正方程：
lgMABVe
3 GPC数处理方法
GPC数处理般采切割法谱图确定基线基线淋洗曲线包围面积横坐标进行等距离切割分割成组行坐标宽度相等长条（图75）相样品分成系列级分级分溶液体积相等第i长条保留体积Vi校正曲线确定相分子质量Mi
级分浓度应检测器Vi处响应长条高度Hi切割条化高度(高度分数)级分含量Hi正级分i质量wi相分子质量Mi第i级分质量分数表示
WiMiHiiHi
切割条化高度相应相分子质量列表作图完整聚合物样品相分子质量分布结果计算中运分割条聚合物相分子质量均假定取间隔越计算中取点越假定实际偏差越换言切割条数增利计算结果精度提高般切割条数达20条时相分子质量分布描述误差已GPC方法身误差
根种均相分子质量定义式计算出种均相分子质量分散系数（polydispersity indexPDI）：
MwiWiMiiMiHiiHiiHiMiiHi
MniWiMi1[i1MiHiiHi]1iHiiHiMi
MηiMiαHiiHi1α
PDIMwMn
三仪器试剂
1 仪器
PLGPC50PLAS RT型动进样器电子天微孔滤膜微孔滤器样品瓶注射器等
2 试剂
氯仿聚苯乙烯标准样品相分子质量未知聚苯乙烯样品
四实验步骤
1 溶剂准备
溶剂（氯仿）需蒸馏微孔滤膜滤前需脱气方倒入溶剂贮存瓶
2 样品准备
（1）选取10相分子质量窄分布聚苯乙烯标样分三组组标样分称取定量混样品瓶中注入定量溶剂（氯仿）溶解装微孔滤膜滤器滤转移样品瓶中
（2）称取定量相分子质量未知聚苯乙烯样品样品瓶中加入溶剂（氯仿）通常38 mg样品溶解15 mL溶剂中溶解装微孔滤膜滤器滤转移样品瓶中
3仪器开机
（1）开机开GPC机电源动进样器电源仪器检等完成
（2）GPC运行条件设定开计算机双击桌面PL Inst Control图标连接GPC50Control软件进行仪器计算机间连通设定流速炉温示差折光检测器参数般测试流速设1mL⋅min1炉温40℃（注意 确认Injection Valve处Load状态）运行流速达1mL⋅min1时检测器洗5次点击动进样器Autosampler图标进入动进样器操作界面点击Initialise Arm图标动进样器会动调整旋臂位置点击Solvent Flush图标动进样针会动移洗池然动进样泵会吸取1mL溶剂通六通阀动进样针洗池实现洗通废液排出口排出动进样器程会动重复次时动进样器显示状态
Ready
4．开运行监视窗口
双击开桌面Data Stream Monitor图标选择菜单栏中Channel Add Channel时弹出窗口选中左栏GPC50 on COM4右栏会显示四行字符选择第行RI(1)点击OK开Monitor窗口
5．采集文件设定
（1）双击开桌面GPC Online图标设置测试样品序列信息选择文件名XXX工作簿（Workbook）点击OK开计算机提示Collection Device ready to begin collection点击OK点击左侧Views栏中Collection Runlist钮右侧会显示测试样品序列（Sample No）样品批号(Batch Name)样品名（Sample Name）样品类型（Sample Type）方法（Method）等7项目开菜单栏中Runlist
Add sample添加样品选择Add multiple samples次添加样品然输入具体Batch NameSample Name选定合适Sample TypeMethod
a．GPC标样设定
GPC Online左侧Method Browser中建立新方法输入方法文件名YYY前述步骤设定采集文件三组标样Sample Type
均选择Narrow StandardMethod均选择YYY
b．未知样品设定
前述步骤设定采集文件未知样品Sample Type选择Unknown
Method选择NoneYYY
（2）动进样器控制面板示意图GPC Online中设置样品序列双击面板中相应样品位置加入右侧Current Vial Sequence中时该位置会变绿色高亮重复双击取消选中Current Vial Sequence中设置样品名称进样次数（样品次进样）生成Injection Sequence中相应进样序次数务必保证Injection Sequence中测试样品序列GPC Online中设置相
6．进样测试
仪器基线稳定GPC标样未知样品进行测试具体步骤：点击
Injection Sample(s)图标计算机提示Collection Device ready to begin collection点击OK开始进样进样时动进样器会抽取约05 mL溶剂进样完毕动进样器会动洗进样针准备次进样进样时控制面板中处测试状态样品相应位置颜色会绿色高亮变红色高亮时Data Stream中基线变红色样品测试结束时Data Stream监视窗口应显示No Injection基线蓝色
a．GPC标样测定：动进样器已设定序先三混合标样溶液进样运行分相应GPC淋洗曲线（GPC谱图）
b．未知样品测定：动进样器未知样品溶液进样运行GPC谱图
五．数处理
1 双击桌面GPC Offline图标开名XXX工作簿（Workbook）点击OK
2选择左侧Analysis Runlist右侧会Batch Name显示已测试样品文件双击样品名样品加入分析列表中
3双击列表中样品Method项目选择YYY方法F9键（弯箭头）然点击左侧Analysis调整峰数目基线位置
4单击右键选择Calculate Results完成分析
a．GPC标样分析
组标样述步骤进行分析张包括峰顶淋洗体积VeM等项目表格应Ve值输入相应标样Mp值点击鼠标右键选择Add To CalibrationM相应Ve数添加YYY方法文中三混合标样应三张淋洗曲线确定10标样淋洗体积根10标样已知Mp值作出lgM~Ve图GPC校正曲线校正方程生成YYY方法文件
b．未知样品分析
确定未知样品溶液应淋洗曲线基线利面标样GPC校正曲线未知样品流出级分相分子质量信号强度进行统计计算种均相分子质量（MnMwMη）相分子质量分布
5实验报告生成
双击开桌面GPC Offline图标次点击FileProduce Analysis ReportSample Report选择输出方式（Adobe PDF）选择报告模板（Unknown Injection USC）输入报告文件名
思考题：
1 简述凝胶渗透色谱分离机理
答：GPC种新型液相色谱测定聚合物相分子质量分布外广泛研究聚合物支化度聚物组成分布高分子材料中微量添加剂分析等方面种类型色谱样GPC具分离功分离机理较复杂目前未取致意见GPC般实验条件体积排分离机理认起作
体积排分离机理理认：GPC分离溶质分子孔性填料中渗透空间体积形成装填色谱柱中孔性填料（凝胶）表面部分布着孔洞通道测试分散性试样淋洗溶剂进入色谱柱溶质分子填料部孔洞渗透渗透程度取决溶质分子体积体积较分子进入较孔洞体积较分子进入较孔洞外进入较孔洞体积分子流色谱柱时实际路程分子体积越路程越短着溶剂淋洗程进行体积分子先淋洗出次流出尺寸较分子分子淋洗出达分子分离目GPC机理般解释
2 什凝胶渗透色谱实验中样品溶液浓度必准确配制？
答：般GPC测试相法计算结果利出峰时间应标准曲线算相分子量GPC分离原理基分子体积溶液浓度关样品浓度必准确配置浓度应该合适范围浓度会导致峰展宽拖峰等检测信号弱信噪较低会影响结果
3 相分子质量相样品线性分子支化度分子者先流出GPC色谱柱？
答：般支化度分子线形分子先流出色谱柱
4 试较校正曲线普适校正曲线法
答：校正曲线类型聚合物分子窄分布标准样品进行标定普适校正曲线适相测试条件结构化学性质聚合物试样
种聚合物特性黏数[η]相分子质量M积淋出体积Ve关系落条直线[η]M代表溶液中聚合物分子流体力学体积lg([η]M) VR作图普适校正曲线
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