原理介绍
凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography,GPC)也称为体积排除色谱或尺寸排除色谱,是液相色谱的一个分支,是高聚物表征的重要方法之一。
GPC是利用高分子溶液通过填充有微孔凝胶(固定相,可分为有机凝胶和无机凝胶)的柱子把高分子按尺寸大小进行分离的方法。GPC实验能测定聚合物的分子量及分子量分布,确定聚合物支化度及共聚物组成等。优点是快速、简便、重复性好、进样量少,可实现高度自动化。
GPC的固定相是表面和内部有着各种各样、大小不同的孔洞和通道的微球,可由交联度很高的聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、葡萄糖和琼脂糖的凝胶以及多孔硅胶、多孔玻璃等来制备。
在色谱柱中加入高分子溶液,用溶剂淋洗时,体系处于动态平衡状态。聚合物分子在柱内流动过程中,不同大小的分子程度不同的渗透到柱内有大小孔径分布的载体的空洞中去。体积大于凝胶空隙的分子,由于不能直接进入空隙而被排阻,直接从表面流过,先流出色谱柱。小分子可以渗入凝胶孔隙中而完全不受排阻,在孔隙中随流动相流动,后流出色谱柱。中等分子介于上述两种情况之间。如下图所示。
随后可得出高分子尺寸大小随保留时间(或保留体积VR、淋出体积Ve)变化的曲线,即分子量分布的色谱图(如下图所示)。
应用介绍
目前,凝胶色谱在高分子材料的生产及研究工作中的应用大致可归总为四个方面:
聚合物合成
GPC在聚合物合成中起到了重要作用。在聚合物化学中,控制聚合物链长和分子量是非常关键的。因此,在聚合反应过程中,需要对反���进行监测和控制,以确保所得到的聚合物符合预期的要求
GPC可以通过测量反应体系中不同时间点上所得到的样品相对分子质量来监测反应过程,并确定反应速率和转化率。此外,通过定期取样并使用GPC进行检测,可以了解反应体系中不同时间点上所得到的样品相对分子质量随时间变化的趋势,从而更好地掌握反应动力学规律
纯化
在高分子材料制备过程中,需要对产物进行纯化以消除杂质,提高产品的纯度和品质。GPC可以通过测量高分子溶液中不同分子量的组成来判断样品的纯度,并确定所需的纯化步骤和条件
在GPC分析中,通常使用多角色柱进行分离,这使得GPC可以区分不同相对分子质量的聚合物组成部分。通过比较样品与标准聚合物的GPC曲线,可以确定产物中存在的杂质种类和含量,并根据需要进行进一步纯化。
表征
GPC可用于表征聚合物样品的相对分子质量、分子量分布和结构等特性。这些特性对于研究聚合物结构-性能关系、设计新型材料以及制定加工工艺具有重要意义
通过测量高分子溶液中不同相对分子质量组成部分的含量,可以得到聚合物样品的相对平均分子质量、数平均相对分子质量和重平均相对分子质量等参数。此外,还可以使用 GPC来确定聚合物链端官能团支化度和交联度等结构参数
控制
GPC可以帮助控制聚合反应过程中产生的高聚物数量和结构,从而实现对聚合物性质的**控制。例如,在合成聚合物材料时,GPC可以用于监测反应体系中不同时间点上所得到的样品相对分子质量随时间变化的趋势,并根据需要进行调整和控制反应条件,以产生具有特定结构和性质的聚合物。
此外,GPC还可以用于评估聚合物材料中添加剂的效果。例如,在聚合物材料中添加抗氧化剂、稳定剂等添加剂时,可以使用GPC来检测样品中不同相对分子质量组成部分的含量变化,从而确定添加剂的效果。
结论
总之,GPC在高分子方面具有广泛的应用价值。它可以帮助研究人员了解反应动力学规律、纯化产物、表征聚合物样品特性以及控制聚合反应过程等方面。随着高分子科学技术不断发展和进步,GPC将继续发挥重要作用,并为高分子材料领域带来更多新的机遇和挑战。
