实验指导书

GPC的分离过程是在装有多孔凝胶填料，如交联聚苯乙烯、多孔硅胶、多孔玻璃等的柱中进行的。由于大小不同的溶质分子在凝胶中可以占据的空间体积不问，多孔填料的内部和表面有着各种大小不问的孔洞或通道，当高聚物溶液随着流动相溶剂流经色谱柱后，按分子大小被分离。然而，这种分离并不是依赖于固定相、溶质和流动相三者之间的作用力，而是溶质分子从浓度中心向外扩散，并进入到已吸留了溶剂的凝胶孔中去，同时随着流动相的流动，这种扩散出入的过程不断交替进行且沿色谱柱向下，这个过程在整个GPC柱内反复进行着。通过这个过程，能使溶质分子渗透进入与其自身尺寸相适应的凝胶孔内，大小不同的溶质分子渗透到凝胶孔内去的机率是不相同的，较大的分子可以进入较大的孔洞，中等大小的分子可以进入中等大小以上的孔洞，而较小的分子则不仅可以进入大、中孔洞，而且还可以进入较小的孔洞。而比最大孔还要大的分子就进入不了凝胶所有的孔内，只能留在凝胶颗粒之间的空隙中，随着流动相的移动而最先被冲洗出柱外。所以，溶质分子尺寸愈小，则扩散进入孔的机会愈多，因此小分子在孔内停留的机率愈大，在柱中的保留时间也愈长。换句话说，在柱内小分子流过的路径比大分子长。这样大分子先淋出，其淋洗体积就小；小分子后淋出，其淋洗体积就大。随着淋洗过程的进行，溶质分子就按由大到小的次序被分开，这就是体积排除理论对GPC分离机理的解释。

填料及仪器装置

GPC柱子所选用的填料(又称载体)，要求分辨率高，有良好的化学稳定性和热稳定性，有一定的机械强度，不易变形，流动阻力小和对试样没有化学吸附作用。

从填料的材质可分为有机填料和无机填料。从用途可分为适用于水的以及适用于有机溶剂的。在有机填料中，适用于有机溶剂的有交联聚苯乙烯凝胶、交联豪乙酸乙烯能等。适用于水溶液、电解质溶液体系的有网状结构的葡聚糖、聚丙烯胺等。而无机填料有多孔醚胶、多孔玻璃珠等，它们对水溶液体系和有机溶剂体系都适用。

凝胶色谱仪由输液系统(包括溶剂贮存器、脱气装置、输液泵、以及各种调节阀、压力表等)、进样系统（进样器和六通进样阀）、温控系统（温度控制仪和柱温箱）、分离系统（色谱柱）、检测系统（示差折光检测器、紫外检测器等）和数据处理系统六大系统组成。其流程图如下图所示。

图5-1流程图

1、贮液瓶2、过滤器3、输液泵4、放液阀5、压力指示器6、六通进样阀

7、色谱柱8、温控系统9、示差折光监测器10、记录仪11、废液瓶

柱效、分辨率和宽展效应

色谱柱的分离效率通常用单位柱长的理论塔板数N来表示。若某单分散试样流经长度为L的色谱柱，其淋出体积为Ve，峰宽为W，则

有时利用理论塔板数的倒数来表示色谱柱的效率，称为理论塔板当量高度(HETP)

对于一个柱子，不但要看其分离效率，还要看它的分辨能力。若将分子量不同的两个单分散试样流经色谱柱，得到谱图如图5-2所示，两试样的峰体积分别为V_e1和V_e2，峰宽分别为W₁和W₂，则柱子的分辨率为

R ≥1，两个峰完全分离；R ＜1，不完全分离。凝胶渗透色谱测定聚合物的分子量分布是以实验得到的色谱峰作为基础的。作为—种色谱，不可避免的存在着峰形扩展，又称加宽，这种加宽效应是由于区域分散作用所形成的，不能代表聚合物实际的多分散性，必须加以改正。称为色谱峰的宽展校正。

在凝胶渗透色谱中，色谱峰的加宽作用通常在5％-20％之间，对于宽分布的聚合物()，或者分离效率较离的色谱柱，可忽略宽展校正。但是，对于的聚合物或理论塔板数较低的色谱柱，就要考虑色谱峰的宽展校正。

宽展校正方法有多种。例如：特大分子量样品的校正法、已知多分散系数样品的校

正法、低分子有机化合物的校正法、逆流校正法等。

色谱图的标定及数据处理

实验测定聚合物GPC谱图，纵坐标记录的是洗提液与纯溶别折光指数的差值Δn，在极稀溶液中，就相当于n(洗提液的相对浓度)。横坐标记录的是保留体积V_r(也称淋出体积V_e)，它表征着分子尺寸的大小。保留体积小，分子尺寸大；保留体积大，分子尺寸小。所得各个级份的分子量测定，有直接法和间接法。直接法是指GPC仪和粘度计或光散射仪联用；而最常用的间接法则用一系列分子量己知的单分散的(分子量比较均一)标准样品，求得其各自的淋出体积V_e，做出logM对V_e校准曲线(如图5-3)。

当logM＞logM_a时，曲线与纵轴平行，表明此时的流出体积(V_e)和样品的分子量无关，V₀即为柱中填料的粒间体积，M_a就是这种填料的渗透极限。当logM＜logM_d时，V_e对M的依赖变得非常迟钝，没有实用价值。在logM_a点和logM_d点之间为一直线，即式(1)表达的校准曲线。式中A、B为常数，与仪器参数、填料和实验温度、流速、溶剂等操作条件有关，B是曲线斜率，是柱子性能的重要参数，B数值越小，柱子的分辨率越高。

上述订定的校准曲线只能用于与标准物质化学结构相同的高聚物，若待分析样品的结构不同于标准物质，需用普适校准线。GPC法是按分子尺寸大小分离的，即淋出体积与分子线团体积有关，利用Flory的粘度公式：