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1、内容概要,聚合物的分子结构与物理性质之间的关系用色谱进行聚合物性质的测定聚合物的GPC及梯度HPLC分析探讨聚合物色谱样品制备色谱柱的选择分离模式,聚合物的分子结构,大分子的性质分子量化学组成(Chemical Composition)化学结构(Chemical Structure)组装结构(Architecture),CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2,M=单体的数量 单体的分子量,聚合物的分子结构,分子量 M,CH2 CH2 聚乙烯单体 A,CH CH2 聚丙烯单体 B,CH3,A A A A A A A A A 聚乙烯 B B B B B B B B B 聚丙烯 A B A
2、B A A B B 聚乙烯-聚丙烯共聚物,A，%化学组成,聚合物的分子结构,化学组成,A 聚乙烯单体，B 聚丙烯单体,A A B A B A A B B 随机共聚物(random copolymer)A A A A B B B B B 嵌段共聚物(block copolymer 大块)A B A B A B A B A 交替共聚物(alternating copolymer),平均序列长度,聚合物的分子结构,化学结构,B：支化频率(branching frequency)=每1000个碳原子的支化数,聚合物的分子结构,组装结构(Architecture),STAR-SHAPED,f-numbe
3、r of arms,聚合物的分子结构,组装结构(Architecture),聚合物的分子结构,所有合成聚合物及许多生物聚合物都不是单一物质：他们包含不同的大分子大分子组成了在分子量、化学组成、化学结构及组装结构上均不同的一个聚合物样品聚合物的混合体(blend)是在一个聚合物系统中化学上差异极大的极端的情况,聚合物的分子结构,可用分子参数的分布及这些分布的统计数据来表示聚合物样品的性质最重要的是聚合物的分布：分子量分布Molecular Weight Distribution MWD化学组成分布Chemical Composition Distribution CCD,分子量分布,分子量增加,
4、PD=MW/MN,浓度增加,聚合物的分子结构,Mn=1/i(Ci/Mi)Mw=i(CiMi)Ci normalized concentration of slice iMi molecular weight of slice i,Mi,Mw,number=number,weight=weight,Ci,Log M,Mn,聚合物的分子结构,分子量平均值,聚合物的各种平均分子量,用GPC测得的不同种平均分子量可对应于其他仪器所测的值：Mn：用渗析计测出(Osmometry)Mw：用光散射计测出(Light Scattering)Mv：用粘度计测出(Viscometry)Mz及Mz+1：用超速离心法
5、测出(Ultracentrifuge)Mw/Mn：为多分散性(Polydispersity)MnMvMwMzMz+1,性质/工艺参数 随MW增加冲击强度 融化粘度 加工温度 脆性 拉伸能力(纤维)融流,分子结构与物理性质,分子量的影响，定性关系,分子结构与物理性质,分子量的影响Mn 与流动性质有关Mw 与强度性质有关，例如张力及抗冲击力Mz 与延伸及柔韧性有关MZ+1 与挤出膨胀（die swell）有关挤出膨胀发生在材料从模具中挤出时塑料发生膨胀,分子量分布与高分子材料的所有关键的加工特性以及材料性能紧密相关Plastics Technology,May 1986,分子结构与物理性质,分布形
6、状,聚合物可能以不同的形状流出即分布的不同典型的形状有：高斯型分布(Gaussian)，前倾斜(Skewed-High)，后倾斜(Skewed-Low)，混合型等各种不同的分布形状是由于聚合过程不同、聚合时的条件不同而引起的从这些形状可以预测：挤出/注塑成型的处理过程参数及最终的物理性质分子量分布曲线的不同影响聚合物的物理性质,比较结果,聚合物色谱,聚合物色谱的定义测定聚合物分布、组成及其统计数据的技术聚合物色谱的内容,聚合物分离,分离机理体积排除（Size-Exclusion：Steric Interactions）吸附/解吸附（Adsorption Desorption）沉淀/再溶解（Pr
7、ecipitation Redissolution）,不同分离机理的聚合物色谱,吸附及/或沉淀效应是互交式聚合物色谱（Interactive Polymer Chromatography IPC）的主要工作机理聚合物的高效液相色谱（HPLC of polymers）IPC通常是梯度模式聚合物的梯度分析(GAP Gradient Analysis of Polymers)体积排除效应是体积排除色谱（SEC；即GPC）的主要工作机理；SEC的运作是等度模式，包括：GPC：Gel Permeation Chromatography，凝胶渗透色谱GFC：Gel Filtration Chromatog
8、raphy，凝胶过滤色谱,不同类型聚合物色谱的应用,IPC（HPLC）用来测量聚合物的混合物及共聚物化学组成分布（CCD）SEC（GPC或GFC）用来测量分子量统计数据（平均分子量）及分子量分布（MWD）主要任务是测定分子量分布GPC还提供聚合物组装结构（支化度等）的信息,聚合物混合物的GPC分析,Symmetry Shield C8 Column(3.9x150mm)100%ACN to 100%THF over 20 minutes，ELSD Detection,聚合物混合物的HPLC分析,小结,分子体积排除及互交式聚合物色谱是用于聚合物性质测定的理想技术SEC测量聚合物的分子量分布IPC
9、测量共聚物及聚合物混合物的化学组成分布梯度HPLC还能用来作聚合物的添加剂分析(剖析),啥是GPC？,GPC（Gel Permeation Chromatography）是一种液相色谱技术；可以按照样品分子在溶液中的相对尺寸分离之GPC还被称作Size Exclusion Chromatography（SEC）Gel Filtration Chromatography（GFC）水溶性分子及蛋白分子HDC,Hydro Dynamic ChromatographyGPC使用等度分离模式由于是安照分子尺寸大小分离样品，因此GPC非常适合于聚合物样品的分析,啥是GPC？,溶解的聚合物（包括混合的分子）
10、通过一种多孔以胶为基质的固定相胶的孔会这些分子按大小不同排队,GPC的BOCOF原理图,由于大的分子在色谱柱中不能进入小的孔中，因此行程较短：BOCOF:即大的先出,啥是GPC？,流出物表现为基于不同的分子量的分子量分布图,GPC的流程,GPC的流程,聚合物,低聚物,单聚体,添加剂,V0,Vt,对色谱图的解释,与色谱图相关联的校正曲线,分散性 Dispersity,Mw/Mn的比值是该聚合物的分散性单分散（monodisperse）聚合物实际上是指分子链长或尺寸都一样的聚合物 窄分布多分散性（polydisperse）聚合物即含有不同链长或尺寸分子的聚合物 宽分布,monodispersepo
11、lydisperse,GPC/SEC 分离,GPC是靠分子大小分离的技术分离基于溶液中分子的尺寸，而不是分子量各种聚合物在溶液中的尺寸取决于溶剂的种类及温度例如聚苯乙烯在THF及甲苯中的分子体积不同BOCOF 理论,用GPC仪器可得到什么,分子量的分布图是从一组GPC柱中，按照分子量的大小不同流出的聚合物“信封”通过计算，得到各种平均分子量,Columns:2 Styragel HT 6EMobile Phase:THF 40CFlow Rate:1ml/min,两种聚合物的差别有多大？,从谱图上基本看不出这两个聚合物的差异，但是他们的Mw有19的差异，而其Mn也有10.5%的差异,重叠两个分
12、布曲线,GPC的发展历史,1953年Wheaton及Bauman观察到了分子尺寸排除现象1959年Porath及Flodin开发了葡聚糖软胶1962年John Moore（Shell公司）开发了一种刚性树脂填料，同年Waters Associates公司的创始人Jim Waters开发了世界上第一台RI检测器1964年Waters提供Styragel牌苯乙烯 二乙烯基苯树脂，并在当年匹斯堡会上展出第一台商品化GPC系统：GPC100我们称1964年是现代HPLC的发明时间,GPC的发展历史,1966年Waters公司开发出GPC 200，第一台高温GPC仪器1973年501/502系列常温GP
13、C，401示差检测器1977年Styragel“高速”GPC柱问世1978年Waters推出150C全自动高温GPC第二年Waters公司因150C的成功而获得R&D-100大奖1982年UltraStyragel推出1989年带粘度检测器的150CV系统问世可以测定“绝对”分子量,GPC的发展历史,1992年Millennium 2010/2020 GPC/V 软件1994年150C+及150 CV+增强型推出，到今天还有1,300台150系列在世界各地1996年Alliance GPC/HPLC 系统1997年515系列GPC系统1998年Alliance GPC/V 2000系列2000
14、年Millennium32 GPC/V 软件2002年Empower GPC/V 软件2003年Empower GPC/V/LS 软件,第一台商品化高温凝胶色谱,Waters在1966年研制的ALC/GPC 200是第一台商品化高温凝胶色谱系统一组色谱柱近10米长和GPC100一样，分析一次要8小时它代表了当时最先进的GPC技术水平,这是Waters公司在美国Milford总部中陈列的GPC200,配置GPC仪器要考虑的因素,是否可以帮助我们改善GPC结果的质量平均分子量及分子量分布的重现性准确度；整个GPC过程对此极为敏感所希望的GPC分析的误差是多少可否区分结果的“好与坏”？我们需要分辨聚
15、合物之间非常细微的差别确定所观察到的变化的确源于样品的细微差异；而非GPC分析过程中仪器本身所带来的变化,配置GPC仪器要考虑的因素,是否可以获得更多的信息?传统GPC不能提供聚合物的结构信息；例如聚合物链是否有分支？确定所观察的分支；短链或是长链？比例多大？我是否可以获得更灵活的报告?用户可灵活地定义样品之报告形式有时需要不同颜色的色谱图重叠起来,配置GPC仪器要考虑的因素,普通HPLC仪器可以用于GPC分析；但需要：更高精度的溶剂输送系统准确的进样器 柱温箱：恒温，精确的温度控制检测器：可以使用RI、UV或其他检测器足够的GPC数据处理方式窄分布、宽分布，普适校正(利用k及值)等安全因素的
16、考虑整个HPLC系统可否兼容你的聚合物分析？是否怕有机溶剂,聚合物溶解在：室温下*高温下 溶剂/泵?室温 加温 加温 高温进样器?室温 加温 加温 高温色谱柱?控制温度*加温 高温检测器?控制温度*加温 高温自动化?希望 需要,*Note-only the columns and detector flow cell are thermostatted-system modules are usually at ambient temperature.Pump may be heated if solvent is very viscous,温度在GPC分析中的作用,流速的精度,精确的流速对方
17、法的可靠（可重现）性，样品间、实验室间及每天的重现性是非常重要的对GPC的要求要比对一般的HPLC的要求高非常好的流速精度对GPC极为重要流速精度可用作诊断工具来监测方法或仪器的性能流速精度对要求低流速的实验更为苛刻，例如窄柱及微柱实验（narrowbore）,高流速精度是获得重现性GPC结果的基础表面上微小的流速误差会导致分子量计算的很大误差传统泵技术由于性能的限制：使用参考峰(flow markers)掩盖系统问题Alliance 溶剂管理系统提供新的解决途径,泵流速精度的影响：分子量,聚合物色谱中的检测器,浓度示差，紫外，蒸发光散射（ELSD），分子量敏感 粘度，光散射等响应值通式：C
18、F（M）组成 多波长紫外，示差+紫外，质谱（MS），付里叶变换红外（FTIR），,聚合物色谱中的检测器,浓度型检测器的特点是响应值与浓度有关；即相应值(C)示差检测器：N=(dn/dc)C分子量敏感检测器的特点是响应值与浓度及分子量的函数有关光散射：F(M)=M 粘度检测器：F(M)=k Mk 及 值；Mark-Houwink常数质谱：F(M)=1/M组成检测器；即HPLC,GPC的检测器及其组合,种类：示差检测器示差检测器/光散射检测器示差检测器/粘度检测器示差检测器/粘度检测器/光散射检测器特点：“绝对”（真实）分子量分布大分子的结构形态改进分子量分布中高分子量末端的性能,传统GPC中的检
19、测器,浓度型响应值正比于浓度C实例：示差（Refractometer）检测器 N=（dn/dc）C使用单一浓度型检测器的体积排除分离模式色谱被称作：传统GPC,传统GPC中的数据处理,色谱图C（浓度）对 V（体积）校正曲线 log M（分子量）对 V（体积）分子量分布 C（浓度）对 log M（分子量）,GPC系统的校正,校正 Calibration为什么GPC有与HPLC不同校正方式：GPC利用聚合物大小不同分离而的用户需要是分子量分布的信息因此色谱所得到的按“尺寸”分离的结果必须转换为“分子量分布”转换方式或所基于的原理（仪器）、近似方法的不同，导致校正或计算的方法不同,GPC系统的校正,
20、校正曲线的建立窄分布标样（PD1.1）测定峰高处的流出体积画图：Log(M)=f(Ve),GPC系统的不同校正方式,分子量分布可由下列方法得到:用窄分布标样校正（Relative），即传统GPC的校正方式用宽分布标样（Broad Standard）校正HamielecCumulative Matching普适校正Mark-Houwink Equation粘度检测器（Viscometry）GPC光散射；可以直接测量,传统GPC校正：窄分布标准,窄分布标样（relative calibration）技术，使用一系列（10）已知性质的窄分布标准品 脂溶性聚合物样品：聚苯乙烯，聚异戊二烯，聚甲基丙烯酸
21、甲酯，聚四氢呋喃，聚丁二烯等水溶性聚合物样品：氧化聚乙烯，聚乙二醇，多糖对窄分布标样的要求多分散性（Polydispersity）1.10,用窄分布标样校正,用窄分布标样分别或分组进样到系统中，以得到分子量的校正。然后得到保留时间对分子量的校正曲线，曲线的拟合：线性（Linear）平方（Quadratic），很少使用立方（Cubic）四次方，很少使用五次方有界校正（Bounded）,线性曲线拟合,一次方（First Order）用统计的线性回归方法以直线拟合这种拟合依赖于所用色谱柱的线性程度校正曲线两端点外的准确程度很依赖于校正范围两端孔体积的线性程度这种拟合常在线性柱上使用,立方曲线拟合,三
22、次方（Third Order）建立一条有一个拐点的曲线，其风格类似于GPC柱的实际行为 由于接近实际校正，这是最常用的一种校正曲线 注意，有同一次方及二次方拟合一样的问题，即：曲线两端以外的点没有保证,几种常用拟合曲线的比较,聚苯乙烯窄分布标样,一组已知分子量的聚苯乙烯窄分布标样,GPC校正曲线,GPC：未知物的处理,把流出的色谱峰切成“切片”（宽度越小越好）每一个切片的数据洗出体积；Vi面积或峰高；HiNiMi用校正曲线，Vi测定MiMi及Hi知道后，Ni可以计算出来，然后Mn、Mw等都可以计算出来,聚苯乙烯(Dow 1683)的谱图,Dow 1683,聚苯乙烯的分子量分布,五次方曲线拟合校
23、正,近几年的研究表明：对校正GPC柱来说，这种拟合被认为是最好的，因为它最接近柱子的实际情况 这种校正在所有GPC校正中是最精确的多项式拟合以前因为GPC数据处理系统的局限性，而无法实际应用 在使用校正曲线以外的点时，同样要非常小心,传统GPC的特点及其限制,特点不需要复杂的仪器配置使用、操作比较简单数据处理简单相对校正的主要限制：标样必需与聚合物样品有相同的化学组成、化学结构及组装结构如果不相同；测出的分子量分布会与实际情况有所出入,Alliance GPCV2000,聚乙烯的分子量分布,Polystyrene,Polyethylene,分子大小取决于化学结构,更准确的分子量分布测定,普适校
24、正及流体动力学体积概念流体动力学体积（Hydrodynamic Volume）是聚合物在溶液中所占的体积所基于的假定：不同结构的聚合物（线性）在同样的条件下，其流体动力学体积是相等的,Hydrodynamic Volume=M,M=Intrinsic Viscosity Molecular Weight 特征粘度 分子量,普适校正概念,普适校正 Benoits方程Universal Calibration用Log M对保留时间作图这里M是聚合物分子在溶液中大小的一种量度，M=Hydrodynamic Volume.在特定保留时间内M对所有线性聚合物是相同的，因此M可以用来校正GPC柱组聚合物在
25、溶液中必须是随机盘绕状，并与色谱柱没有吸附等化学效应所有种类随机盘绕状窄分布标样与校正曲线拟合,改良的普适校正方法,计算基于Mark-Houwink等式：=kMV，这里MV=粘均分子量窄分布标样及样品的k值及值均可从聚合物手册中（Polymer Handbook）查到从普适校正曲线还可近一步得到粘度理论曲线（Viscosity Law Plot）：即Log对logM作图斜率（slope）为，截距（intercept）为Log(k)得到所谓“绝对”的分子量分布图,利用Mark-Houwink常数,每一切片分子量的解：流体动力学体积=MKM=KM(1+)每一切片粘度的解：流体动力学体积=,普适校正
26、曲线,Benoit定律Log(H)=f(Ve)得到一条独特的校正曲线。每种随机盘绕状聚合物，不管其结构如何均可满足这条曲线。H与相关，=K*Malpha 是特征粘度；K及alpha：Mark-Houwink因子对所有样品及标样均需要K及Alpha值,“绝对”分子量分布的测定,RI/V 检测器结合使用 VI的响应值正比于 C H/M=C H，大分子的尺寸（即：流体动力学体积）=VI/RI，特征粘度（intrinsic viscosity）普适校正的假设：具有同样大小（流体动力学体积：H）的大分子应有同样的洗脱体积，即依赖性在给定的流动相、色谱柱组及温度下，H=H（V）是通用的,RI/V 检测器结
27、合使用，第一步：用任何 窄分布标样(化学结构不重要)建立普适校正曲线,ST=VI/RI for each standard H=MST ST for each standard Polynomial fit to Log H universal calibration curve,“绝对”分子量分布的测定,“绝对”分子量分布的测定,RI/V 检测器结合使用第一步：用任何窄分布标样（其化学结构不重要）建立普适校正曲线第二步：用聚合物分布每一切片“i”计算“绝对”分子量i=VIi/RiiMi=Hi/i,通过重叠5次普通及5次普适校正所得到的图，清除地看到分子量的准确度及精度,宽分布聚苯乙烯标样分子
28、量分布比较,普通及普适校正间的一致性,GPC中的大分子结构形态,RI/V检测器结合使用的GPC测定大分子的结构形态(支化)可通过粘度理论曲线得到：Log 对 Log M 粘度理论曲线也被称为Mark-Houwink曲线，可由下列方程式描述：Log=Log K+Log MK 及 可随 M 变化,GPC中的大分子结构形态,RI/V检测器结合使用的GPC测定支化降低了大分子的尺寸：对于同样分子量的大分子来说branch lin 支化指数 表示了支化程度的特性g=branch/lin 1支化聚合物的支化指数：g=gSCB gLCB,GPC中的大分子结构形态,RI/V检测器结合使用的GPC测定线性聚合物
29、有线性的MH曲线：Log lin=Log Klin+lin Log M 具有短链支化(short-chain branches)的聚合物同样具有线性的曲线但是；KSCBKlin，并且 SCB=lin gSCB 1 常数(不依赖于M)线性粘度理论曲线用Mark-Houwink方程式描述,Viscosity Law Plot:log vs.log M,Mark-Houwink equation（线性聚合物）:log lin=log K+log M,Sample HDPE 1475:=0.725 K=0.000372,粘度检测器测定结构形态,GPC中的大分子结构形态,RI/V检测器结合使用的GPC测
30、定具有长链支化（long-chain branches）的聚合物具有非线性的曲线：KLCB=Klin，LCB 随 M 增加而减小gLCB 1-随 M 增加而减小这条曲线可用多项式或Zimm-Stockmayer方程式描述,支化的聚合物样品：LDPE1476,粘度检测器测定结构形态,0,比较线性及支化的分子结构,聚乙烯,GPC中的大分子结构形态,RI/V检测器结合使用的GPC测定多项式拟合（2次方以上）：Log gLCB=B Log2 M+C Log3 M+多项式拟合需要线性区域的任意选择，线性区域用来计算聚合物未支化的低分子量部分的Klin及lin,GPC中的大分子结构形态,RI/V检测器结合
31、使用的GPC测定Zimm-Stockmayer方程式（随机支化）：Log gLCB=/2 Log 4M/9+(1+M/7)1/2-支化概率，每Dalton支化点的数目-形状因子：g=g这里g是支化及线性聚合物的均方半径的比值（能被多角光散射检测器独立地测定）,GPC中的大分子结构形态,RI/V检测器结合使用的GPC测定Zimm-Stockmayer模式不需要选择一个线性范围允许计算：支化密度(每Dalton支化的数量)：d=2+1/M，=2+1/Mn 支化频率（每1000个碳原子支化的数目）对聚乙烯：B=14,000d，=14,000,用茂金属催化剂得到的 LDPE,分子量分布及粘度理论曲线,
32、“绝对”分子量分布的测定,RI/LS 检测器结合使用 LS的响应值正比于 C M LS M“绝对”分子量 RI 不需要任何标样用于凝胶色谱柱的校正,Empower LS 选件,除了所有的GPC/V功能外；还提供：不需要色谱柱校正得到绝对分子量的信息合成及天然聚合物的分子尺寸（回旋半径）聚合物支化度、构造及聚集状态等的信息支持多种类型的LS仪器如果在GPCV2000（需要Ver.2.0版的支持）上使用PD2040，可以完全控制LS、RI及粘度信号的综合处理及谱图重叠自动把LS信号中得到的准确MW值送到粘度检测的普适校正功能中,关于光散射检测器的软件,早期的GPC/V2000配光散射检测器时，一直
33、用一台独立的计算机使用LS检测器公司的软件Waters公司较在几年前就开始与Wyatt公司合作开发用于Waters公司软件平台上的LS软件2003年8月宣布推出用于Empower的GPC/LS选件可应用于整体式或组件式的GPC系统515系列或Alliance系列；使用Sat/In采集数据注意：GPC/V 2000需要2.0版软件的支持（当时还没有发布）2004年8月；Waters公司发布Alliance GPC/V 2000的2.0版软件,关于激光散射检测器,基本原理：光散射检测器应用聚焦的光束到流动池中，照在溶解在溶剂中的样品分子上，样品分子会以三维空间散射光束，其程度取决于分子的大小与形状
34、该散射光被一个或多个以与入射光不同角度安装的装置检测到（取决于厂家与型号的不同）光散射检测器（多数使用激光）目前常见的有几种类型用于GPC上：小角激光散射检测器（LALLS）一般角度小于7，得到MW数据双角激光散射检测器（PD：15及90）及多角激光散射检测器（MALLS Wyatt：30150；3至18个角）等等可以得到MW数据及g,Dawn EOS LS,MiniDawnHT LS,PD 2040 LS,综合信息,综述,多检测方式的GPC提供“绝对”分子量分布，以及关于复杂聚合物的支化信息多检测方式的GPC数据处理方面的最新研究成果提供更准确、更完整的复杂聚合物性质的信息,GPC色谱柱的选
35、择,通常需要多根色谱柱可包括：多根单一孔径、混合床，或两者都有色谱柱的工作范围应该大于样品的分子量（确切地说：分子的溶剂化体积）范围在使用之前，测定每根色谱柱的柱效以及整个色谱柱组的柱效，并且在使用过程中定期测定柱效,柱种类及其限制,刚性胶 硅胶pH限制有吸附倾向相对低的柱效半刚性胶 DVB及PS共聚物流速及压力限制溶剂的兼容性软胶 Fractogel TSK，Sephadex，Shodex OH-Pak，Ultrahydrogel；许多限制,DVB/PS填料：20,000倍放大,GPC中的色谱柱选择,所选的色谱柱组应对目标分子量范围有最大的分辨率；例如环氧树脂(Epoxies，分子量从大约五
36、百到一万)使用：50,100,500,103 超高分子量聚乙烯(分子量从十万到五百万)使用：104,105,106使用“线性”或“混合床”凝胶柱不是最佳选择除非要覆盖的分子量范围非常大，或对要分析的样品的分子量范围不确定对特定分子量范围的样品最好不用,GPC柱分子量范围合适,GPC柱分子量范围偏高,GPC柱分子量范围偏高,Inject,1,2,3,4,Column:2 HR 1,3 HR 2Solvent:THFFlow:3 ml/min1.Dioctyl Pthalate MW 3902 Bibutyl Pthalate MW 2783.Diethyl Pthalate MW 2224.Di
37、methyl Pthalate MW 194,V0,1 Column,2 Columns,V0,Column:2 HR 1Solvent:THFFlow:2 ml/min1.Dioctyl Pthalate MW 3902 Bibutyl Pthalate MW 2783.Diethyl Pthalate MW 2224.Dimethyl Pthalate MW 194,正确的凝胶柱孔尺寸,GPC柱分子量范围偏小,合适孔径色谱柱的重要性,A,C,B,VT,C,VT,A/B,Urea Formaldehyde样品,硅树脂粘和剂的货架寿命,Column:Styragel HR2 and 3 Mob
38、ile Phase:Toluene 40CFlow Rate:1ml/min,单一孔径及混合床柱组,单一孔径凝胶柱与混合床凝胶柱相比，在特定的分子量范围内提供更高的分辨率在给定样品的特定分子量范围内，需要更高的分辨率时，使用单一孔径凝胶柱比较理想单一孔径凝胶柱组还被用来改善校正曲线的线性程度当样品的分子量范围未知时，把混合床凝胶柱用作筛选（扫描）柱更为理想,校正曲线非线性的影响,106,105,103,20,104,15,16,17,18,19,13,14,2 HR 5E,HR 5E&HR2,校正曲线非线性的影响,孔体积对分辨率的影响,柱长度对分辨率的影响,Columns:(2)100 Sty
39、ragel HRSample:N hydrocarbons&PS Std.Injection Volume:100ulFlow Rate 1 ml/minMobile Phase:TolueneDetector:RI,8X,分辨率所需的最小尺寸差异,GPC中的色谱柱选择,需要多高的分辨率（塔板数，plate count）？5（HR）、10（HT）及20（HMW）的比较Styragel HR 用于低到中等分子量，室温应用（环氧、酚类及低聚体）Styragel HT 用于较宽范围的聚合物，高温应用Styragel HMW 用于有剪切效应倾向的高分子量聚合物（10孔径的柱筛板）Ultrahydrog
40、el凝胶柱用于水溶性GPC,预聚物样品：6对15比较,6NTAN=13,500 p/ftTotal=40,500 plates,15NTAN=4,700 p/ftTotal=14,100 plates,Columns:103,500,100Sample:Prepolymer(0.5%in THF)Injection Volume:150 mlFlow Rate:1ml/minMobile Phase:THFDetector RI,8X,脂溶性凝胶柱,出厂时填充溶剂：THF、DMF及TolueneStyragel HMW20填料用于在分析时有剪切效应倾向的超高分子量材料的分析；柱效：6,000使
41、用10筛板降低剪切效应Styragel HT10填料用于中到高分子量样品的分析柱效：10,000；5筛板；Styragel HR5填料高分辨率；柱效：16,000；2筛板,GPC的溶剂,选择GPC溶剂的标准样品的溶解性样品的可检测性与所选择的色谱柱兼容容易使用成本HPLC级试剂必须过滤谱图中不纯物的色谱峰溶解的气体，小分子量物质，水及氧化物质,THF,THF，四氢呋喃过氧化氢物（Hydroperoxide）的含量必须小于100ppm检验方法，使用10%的碘化钾（KI）溶液加5滴THF到2ml碘化钾溶液中 如果溶液变为暗黄色，过氧化物的浓度即有可能超标色谱泵在上THF之前，先用甲醇充分浸润,TC
42、B及ODCB,三氯苯（TCB）或邻二氯苯（ODCB）容易被迅速氧化，应在溶液中加抗氧剂以保护聚合物主要用于高温GPC分析，可以用TCB作为分析聚乙烯（PE）的溶剂，而用ODCB作为聚丙烯（PP）分析的溶剂稍微好一点必须过干燥的硅胶柱并过滤后使用，否则溶剂中存在的微量水会在操作的温度下在溶剂中析出气泡,GPC中聚电解质效应的抑制,凝胶色谱中常用的溶剂,凝胶色谱中常用的溶剂,Styragel HT 凝胶柱溶剂更换,Styragel HT 凝胶柱溶剂更换,Column:3 Styragel HR1Solvent:CHCl3 or THFSample:1-8-Octanediol,1-Octanol,
43、n-OctaneFlow Rate:1 ml/min,体积分离中溶剂的影响,样品制备,尽可能充分地溶解；溶剂必须聚合物链打开成最放松的状态可以轻微摇动允许充分的时间让链展开；有些聚合物需要大于3小时分子量及结晶度愈高，所需真正溶解的时间就俞多某些结晶的聚合物需要加热除去各种杂质颗粒；不溶的胶及填充剂降低剪切效应（Shear）过滤仅使用大于0.45的膜不能用微波炉及超声在某些情况下加入抗氧剂,Degradation of Polymethacrylate Additive,固态(半结晶),液态(稀溶液),样品制备,样品制备,除非该样品可能会有剪切效应发生，聚合物溶液最好在进样前进行过滤为了增加样
44、品的溶解，可轻微扰动（不要剧烈摇动或用超声）窄分布标样不必过滤，高分子量标样也不要剧烈摇动可使用在线过滤器，但是不推荐使用保护柱,样品制备时要考虑的因素,浓度样品瓶大小（4ml或50ml）在溶液中的时间温度剪切及振动是否过滤？,对样品的浓度及体积的考虑,越小越好（只要能够检测出来，噪音不大）低分子量：1.0106 0.01 w/v当保留时间的漂移停止之后；就达到优化了对10m及20m颗粒度填料的色谱柱，进样体积是Vt的1%；或每根7.8mm30cm进样100l对5m颗粒度填料的色谱柱，进样体积是Vt的0.5%；或每根7.8mm30cm进样50l,用于GPC的聚合物样品浓度,带粘度检测器的色谱图
45、,样品制备,样品溶解的时间及温度：,样品制备,带示差检测器的色谱图,示差检测器看不到高分子量样品的聚集态（低浓度）：,样品制备,样品粘度的影响,Viscous Fingering分子量越高影响越大,Sample:Polyethylene STDS.SNPASolvent:TCB at 135CFlow Rate:1.0 ml/minDetector:RI at 128X,样品浓度,保留时间,进样量的影响,进样量的影响,流速对分子量精度的影响,保留时间1%的变化对计算结果有多大影响？,(2)Styragel HR5E(1)Styragel HR2THF at 1.0 ml/min300l inj
46、ection40C,可接受的值Mn=100,000Mw=250,000测量值Mn=98,457Mw=246,501,正确流速下Dow1683分子量,在0.95ml/min流速下的测定值：Mn=43,264Mw=108,143MP=79,025,不正确流速下的分子量,温度对分子量精度的影响,温度 体积分子量%误差 1834.85242337 10%2235.00038660 0%2635.17535270-9%,温度对分子量分布结果影响,70CNTAN=2735,22CNTAN=4869,温度对柱效的影响,色谱柱组中坏柱子的影响,Peak A,Peak C,Peak B,色谱柱组的柱效计算方法：
47、,聚苯乙烯校正曲线,Ultra Styragel 103,分辨率与流速的关系,Columns:500Sample:Polystyrene A300(0.5%in Toluene)Injection Volume:50 mlFlow Rate:As indicatedMobile Phase:TolueneDetector RI,8X,塔板数 流速 16,4000.5ml/min19,2001.0ml/min18,9001.5ml/min17,6002.0ml/min,运行时间24min12min8min6min,Polystyrene Oligomers(A300),温度对柱效的影响,在特定的系统中色谱柱在大多数情况下随着温度的增加，柱效表现出增加的倾向；通常使用的流速是：THF：35C Toluene：70C DMF：85C TCB：135C7.8mm内经Styragel系列的HR、HT及HMW柱最合适的流速是大约0.7ml/min，而4.6mm内经的柱大约是0.25ml/min,粘度与温度的关系,粘度CPS,温度C,1,2,4-Trichlorobenzene,
