1、1953年-Wheaton和Bauman- 用多孔樹脂按分子量大小分離了苷、多元醇和其它非離子物質，觀察到分子尺寸排除現象。 1959年-Porath和Flodin 用葡聚糖凝膠分離了水溶液中不同分子量的樣品。 1962年-J.C.Moore 將連續式高靈敏度的示差折光儀接在分離柱后，并以體積計量方式作圖，制成了快速且自動化的高聚物分子量及分子量分布的測定儀，創立了凝膠滲透色譜技術。 研發歷程：凝膠滲透色譜GPC-Gel Permeation Chromatography也稱作體積排斥色譜SEC-Size Exclusion Chromatography以溶劑作流動相，流經多孔填料作為分離介質

2、的液相色譜法。2 凝膠滲透色譜的原理以多孔樹脂為固定相Vg載體骨架體積Vi載體孔洞體積V0載體粒間體積淋出體積Ve=V0+KVi分配系數0K1V0和Vg對分離沒有貢獻，應盡量減小，Vi越大分離效果越好用溶劑推動聚合物樣品流過固定相產生大小分子順序流出的分離凝膠滲透色譜柱是如何工作的流出級份的保留時間（洗脫體積）提供其分子量（尺寸）的信息。從檢測器信號強度得到各流出級分的濃度。由示差檢測器連續記錄流出樣品的濃度用已知分子量的標樣標定出流出時間和分子量的關系，再對未知樣各流出級份的時間（分子量）和強度進行統計計算得到分子量分布。聚合物在色譜柱中的分離是基于分子在溶劑中表現出的體積而不是分子量 溶劑

3、化體積InOutSR緩沖柱色譜柱溶劑輸送系統在線脫氣放空閥加熱廢液管兒示差折光檢測器恒溫區廢液溶劑典型分離式GPC系統示意圖進樣閥柱溫箱預熱板3. 凝膠滲透色譜儀為GPC加熱的理由降低流動相黏度，使得譜柱內部溶劑處于接近理想的GPC狀態（如Polyethylene Terphthalate m-Cresol + 0.05 m LiBr/100 C）盡量減輕分子間的弱相互作用（樣品分子間、樣品和溶劑分子間、填料和樣品分子間等）使難于溶解的樣品得以溶解（如聚烯烴PEPP、工程塑料PPS等）使GPC檢測處在一個溫度穩定的環境進樣閥GPC色譜柱廢液廢液管柱溫箱檢測器1檢測器2檢測器3連接管在同一個溫控

4、區集成了進樣閥、色譜柱、檢測器，保證溫度的一致性和穩定性一體化溫控區的示意圖Temp.(Deg C)18.519.019.520.0MV-1.000.001.002.00Minutes51015202530354045505560657075實驗室溫度波動對RI檢測器基線的影響Mobil Phase Methanol 0.25/mL minuteDetector Temp 35 CNo Column Heater UsedRoom TemperatureRI BaselineWaters G2000高溫凝膠色譜儀多檢測器集成的 GPC 系統紫外檢測器（濃度型）粘度檢測器（分子量型）多角激光光散

5、射檢測器（分子量型）紅外接口（特征基團型為測量短鏈支化）聚合物的分子結構分子量分布增加分子量PD = Mw / Mn 增加濃度聚合物的各種平均分子量 Mn：用滲析計測出(Osmometry)Mw：用光散射計測出(Light Scattering)Mv：用粘度計測出(Viscometry)Mz及Mz+1：用超速離心法測出(Ultracentrifuge)Mw/Mn：為多分散性(Polydispersity) MnMvMwMzMz+1用GPC測得的分子量分布可以計算出各種不同種平均分子量，可對應于其他儀器所測的值。標樣與待測樣品不同種類4. 存在問題及解決辦法以同類聚合物的標準樣品可繪制出標準曲線

6、，給出淋出體積與分子量的關系。不同種類的聚合物，在溶劑中受到的作用不同，所以即使相同的分子量也會有不同的溶劑化體積 采用標樣的校正曲線，只能得到與標樣分子溶劑化體積相同的相對分子量討論：請給出你的解決辦法5. 對測試結果產生影響的因素輸液系統樣品制備進樣系統柱溫變化色譜柱結構與性能檢測器的影響流動相的種類溶劑輸送系統高流速精度是獲得重現性GPC結果的基礎微小的流速誤差會導致分子量計算的很大誤差使用參考峰(Flow Markers)的技術可校正流速誤差固態 (半結晶)液態 (稀溶液)樣品制備的影響樣品制備的影響用淋洗液制樣，使聚合物在分析的整個過程中處于穩定狀態，并且使溶劑峰最小溶解必須使聚合物

7、鏈打開成最放松的狀態允許充分的時間讓鏈展開有些聚合物需要大于3小時分子量及結晶度愈大，所需真正溶解的時間就俞多某些結晶的聚合物需要加熱樣品制備的影響樣品濃度與分子量相關（分子量越大，濃度越低）除非該樣品可能會有剪切效應發生，聚合物溶液必須過濾為了增加樣品的溶解，可輕微擾動（不要劇烈搖動或用超聲）窄分布標樣不必過濾，高分子量標樣也不要劇烈搖動可使用在線過濾器，但是不推薦使用保護柱 Sample PE-150C-2h Sample PE-150C-4h Sample PE-160C-2h Sample PE-160C-4h Sample PE-170C-2h Sample PE-170C-4h M

8、inutes16.017.018.019.020.021.022.023.024.025.0150 C170 C樣品制備的影響進樣系統的影響40 瓶位樣品盤2ml 玻璃瓶卷邊壓緊鋁瓶蓋優先進樣的樣品緩慢攪拌雙溫區設計是降解風險降至最低 進樣點熱區溫區50 100 200 溫度 (C)-20 -10 0 10 20 瓶位Carousel Motion進樣點Agitated自動進樣器柱溫對分辨率影響Column : PLgel 5um MIXED-C300 x7.5mmEluent : DMFFlow rate :1.0ml/minPEO/PEG standards990,000252,00086

9、,00018,0004,800200增加溫度 : 降低操作壓力改善分辨率, 尤其是對于高分子量色譜柱結構與性能的影響 在THF中包含胺類基團的聚合物經常會和色譜柱填料發生作用，造成保留時間延長 在溶劑中添加少量的三乙胺降低相互作用的影響就可使色譜圖恢復正常 在例子中一個含胺的紫外穩定劑，在用四氫呋喃分析時加入 5% 三乙胺，譜圖明顯得到改善Sample:Hostavin N30Column:2xPLgel 3m MIXED-EFlow rate: 1.0ml/minInjection volume: 20lDetector: PL-ELS 1000Eluent Modification in

10、Organic GPC - AcidsSample:Acrylic copolymerColumn:3xPlgel 5m MIXED-C Flow rate: 1.0ml/minInjection volume: 20lDetector: DRI Some acidic samples containing polar components can be dissolved in THF but when analysed in that solvent show interactions with the packing material Addition of a small amount

11、 of acetic acid reduces these interactions by reducing the ionic character of the polymers In this example a acrylic co-polymer showing ionic exclusion could be analysed in THF with 5% acetic acidColumn Conditioning in Organic GPC Some samples, especially polar resins (e.g. phenol formaldehyde) can

12、interact with packing materials on first injection Subsequent injections result in a changing peak pro the number of interacting sites is reduced Eventually the peak shape stabilises This is called column conditioning To condition the column, multiple sample injections can be made to block interacti

13、ng sitesEluent: THFColumn:ResiPoreFlow rate: 1.0ml/minInjection volume: 20lDetector: DRI MIXED bed columns give extended range over individual pore size Manufactured to give no discontinuities Combine individual pore size columns to extend range Can cause peak shape variation due to mismatch in pore

14、 volume色譜柱對數據的影響 聚合物色譜中的檢測器濃度響應值正比于濃度C實例：示差(refractometer)檢測器 N = (dn/dc) C紫外檢測器蒸發光散射檢測器使用單一濃度型檢測器的體積排除分離模式色譜被稱作 傳統GPC“絕對”分子量分布的測定RI/V 檢測器結合使用 VI的響應值正比于 C H / M = C H，大分子的尺寸；流體力學體積 = VI / RI，特征粘度(intrinsic viscosity) 普適校正的假設：具有同樣大小(H)的大分子應有同樣的洗脫體積，即依賴性在給定的流動相、色譜柱組及溫度下，H = H(V)是通用的Log H246810Elution

15、volume V, mL16182022242628RI/V 檢測器結合使用，第一步：用任何 窄分布標樣(化學結構不重要)建立普適校正曲線 ST = VI / RI for each standard H = MST ST for each standard Polynomial fit to Log H universal calibration curve “絕對”分子量分布的測定“絕對”分子量分布的測定RI/V 檢測器結合使用第二步：用聚合物分布每一切片“i”計算“絕對”分子量i = VIi / RiiMi = Hi / i GPC中的大分子結構形態大分子的結構形態(支化)可通過粘度理論

16、曲線得到：Log 對 Log M 粘度理論曲線也被稱為Mark-Houwink曲線，可由下列方程式描述：Log = Log K + Log MK 及 可隨 M 變化GPC中的大分子結構形態支化降低了大分子的尺寸：對于同樣分子量的大分子來說branch linear 支化指數 表示了支化程度的特性g = branch / linear 1支化聚合物的支化指數：g = gSCB gLCB GPC中的大分子結構形態線性聚合物有線性的MH曲線：Log lin = Log Klin + lin Log M 具有短鏈支化(short-chain branches)的聚合物同樣具有線性的曲線但是；KSCBK

17、lin，并且 SCB = lin gSCB 1 常數(不依賴于M)線性粘度理論曲線用Mark-Houwink方程式描述多檢測器的比較配置方法分子量支化回轉半徑傳統GPC相對于標樣的色譜柱校正，得到相對分子量不能不能使用普適校正的傳統GPC需從文獻上得到準確的K/a值，對相對分子量進行的色譜柱普適校正得到絕對分子量不能不能配了黏度檢測器的GPC測出特性黏數，得到K/a值的普適校正能，直接從特性黏數測出能，但是間接得到配了多角激光檢測器的GPC絕對測出，無需色譜柱校正能，但要符合一些假設能，當有兩個測量角以上三檢測器聯用的GPC準確結果能能溶劑特性溶劑（中文）溶劑（英文）極性黏度 （cP）沸點 （

18、）己烷Hexane7.30.3386環己胺Cyclohexane8.2181甲苯Toluene8.90.59110乙酸乙酯Ethyl acetate9.10.4577四氫呋喃Eetrahydrofuran9.10.5566氯仿Chloroform9.30.5761甲乙酮Methyl ethyl ketone9.30.480二氯甲烷Dichloromethane9.70.3940二氯乙烷Dichloroethane9.80.7983丙酮Acetone9.90.3256二氯苯Dichlorobenzene101.26180三氯苯Trichlorobenzene101.89213間甲苯酚m-Cres

19、ol10.216.9202臨氯酚o-Chlorophenol10.24.11175二甲基乙酰胺Dimethyl acetamide10.80.77166氮甲基吡咯烷酮n-Methyl pyrrolidone11.31.65202二甲基亞砜Dimethyl sulphoxide121.1189二甲基甲酰胺Dimethyl formamide12.10.9153六氟異丙醇Hexafluroisopropanol12.21.0258各種樣品所對應的溶劑條件PolyisobutylenePolybutyleneChlorinated RubberPolybutadienePolyisoprenePol

20、ydimethylsiloxaneChlorinated PolyethylenePolyethylene EthylacrylatePolyethylene VinylacetonePolyethylene Methacrylic acidPolyphenyleneoxidePoly-4-methylpentene(1)PolyethyleneUltra-high Molecular Weight PolyethylenePolypropylenePolyetheretherketonePolyetherketoneTolueneToluene/75 CTCB/135 - 160 CTCB/

21、135 - 160 CPhenol/TCB 1:1/145 C各種樣品所對應的溶劑條件Melamine FormaldehydeNylon (All types)Polybutylene Terphthalate(PBT)Polyethylene Terphthalate(PET)Poly Acrylonitrile(聚丙烯睛)ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)ASA (Acrylic Styrene AcrylonitrileABA (Acrylonitrile Butdiene Acrylate)Carboxymethyl CelluloseABS/

22、PolycarbonatePolybutadiene AcrylonitrilePolyurethanePolyacetalPolyoxymethylenePolyimidePolyamide imidePolyetherimidePolyethersulfonePolyvinyldienefluoridePolyfuran FormaldehydeHexafluoroisopropanol + 0.075 MSodium Trifluoroacetate/55 Corm-Cresol + 0.05 m LiBr/100 CDMF + 0.05 m LiBr/85 CDMF + 0.05 m

23、LiBr/145 CN-Methyl Pyrrolidone+ 0.05 m LiBr/100 CDimethylacetamide/60 CPolycarbonatePolyglycolic acidAcrylonitrile MethylmethacrylateCellulose AcetateCellulose Acetate ButyrateCellulose Acetate ProprionateCellulose NitrateCellulose ProprionateCellulose TriacetateDiallyl PhthalateEthyl CelluloseEpoxy

24、Polyester AlkydPolybutene(1)Polybutadiene StyrenePhenol FormaldehydePhenol FurfuralPolymethylmethacrylatePolypropyleneglycolPolystyrenePolysulfonePolyvinylacetatePolyvinylbutyralPolyvinylchloridePolyvinylchloride AcetatePolyvinyldienechloridePolyvinylformalPolystyrene AcrylonitrilePolystyrene Alpham

25、ethylstyrenePolyester ThermosetPhenolicsRosin AcidsPolyglycolic AcidMethyl Chloridegamma-Butyl LactoneTHF/40 CNon-size Exclusion Effects in DMF, Adsorption of Polystyrene StandardsColumn : PLgel 5um 500 300 x7.5mmPS standards in DMF are retained on the column due to hydrophobic adsorption, therefore

26、 PS are not ideal as calibrants in DMF and other polar solventsPolyester/Polyamide ApplicationsPETNylon 6,6Nylon 6HFIP is an alternative solvent, viscous but low boiling pointColumns2 x PL HFIPgel 250 x4.6mmEluent:HFIP + 20mM NaTFAcTemperature:40CFlow rate0.3 ml/minDetectorDRI凝膠滲透色譜的發展多檢測器的應用快速GPC技術微流量GPC技術新型色譜柱技術用多檢測器GPC技術探究 poly(n-butyl methacrylate) 的支化結構The Mark-Houwink plots show that although two of the samples (grey traces) were similar in structure, the third (black tra