凝膠滲透色譜(Gel Permeation Chromatography、GPC)是1964年，由J.C.Moore首先研究成功。不僅可用于小分子物質(zhì)的分離和鑒定，而且可以用來(lái)分析化學(xué)性質(zhì)相同分子體積不同的高分子同系物。(聚合物在分離柱上按分子流體力學(xué)體積大小被分離開(kāi)）。

一、基本原理

1.分離原理

凝膠具有化學(xué)惰性，它不具有吸附、分配和離子交換作用。讓被測(cè)量的高聚物溶液通過(guò)一根內(nèi)裝不同孔徑的色譜柱，柱中可供分子通行的路徑有粒子間的間隙（較大）和粒子內(nèi)的通孔（較?。．?dāng)聚合物溶液流經(jīng)色譜柱（凝膠顆粒）時(shí)，較大的分子（體積大于凝膠孔隙）被排除在粒子的小孔之外，只能從粒子間的間隙通過(guò)，速率較快；而較小的分子可以進(jìn)入粒子中的小孔，通過(guò)的速率要慢得多；中等體積的分子可以滲入較大的孔隙中，但受到較小孔隙的排阻，介乎上述兩種情況之間。?經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)度的色譜柱，分子根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量被分開(kāi)，相對(duì)分子質(zhì)量大的在前面（即淋洗時(shí)間短），相對(duì)分子質(zhì)量小的在后面（即淋洗時(shí)間長(zhǎng)）。自試樣進(jìn)柱到被淋洗出來(lái)，所接受到的淋出液總體積稱(chēng)為該試樣的淋出體積。 當(dāng)儀器和實(shí)驗(yàn)條件確定后，溶質(zhì)的淋出體積與其分子量有關(guān)，分子量愈大，其淋出體積愈小。

（1） 體積排除

（2）限性擴(kuò)散

（3） 流動(dòng)分離

2.校正原理

用已知相對(duì)分子質(zhì)量的單分散標(biāo)準(zhǔn)聚合物預(yù)先做一條淋洗體積或淋洗時(shí)間和相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，該線稱(chēng)為“校正曲線”。聚合物中幾乎找不到單分散的標(biāo)準(zhǔn)樣，一般用窄分布的試樣代替。在相同的測(cè)試條件下，做一系列的GPC標(biāo)準(zhǔn)譜圖，對(duì)應(yīng)不同相對(duì)分子質(zhì)量樣品的保留時(shí)間，以lgM對(duì)t作圖，所得曲線即為“校正曲線”。通過(guò)校正曲線，就能從GPC譜圖上計(jì)算各種所需相對(duì)分子質(zhì)量與相對(duì)分子質(zhì)量分布的信息。聚合物中能夠制得標(biāo)準(zhǔn)樣的聚合物種類(lèi)并不多，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)樣的聚合物就不可能有校正曲線，使用GPC方法也不可能得到聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量分布。對(duì)于這種可以使用普適校正原理。

3.普適校正原理

由于GPC對(duì)聚合物的分離是基于分子流體力學(xué)體積，即對(duì)于相同的分子流體力學(xué)體積，在同一個(gè)保留時(shí)間流出，即流體力學(xué)體積相同。

兩種柔性鏈的流體力學(xué)體積相同：

[η]1M1=[η]2M2

k1M1α1+1=k1M2α2+1

兩邊取對(duì)數(shù)：lgk1+(α1+1)lgM1=lgk2+(α2+1)lgM2

即如果已知標(biāo)準(zhǔn)樣和被測(cè)高聚物的k、α值，就可以由已知相對(duì)分子質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)樣品M1標(biāo)定待測(cè)樣品的相對(duì)分子質(zhì)量M2。

二、實(shí)驗(yàn)部分

直接法：在測(cè)定淋出液濃度的同時(shí)測(cè)定其粘度或光散射，從而求出其分子量。

間接法：用一組分子量不等的、單分散的試樣為標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別測(cè)定它們的淋出體積和分子量，則可確定二者之間的關(guān)系。

三、儀器部分

GPC儀的組成：泵系統(tǒng)、（自動(dòng)）進(jìn)樣系統(tǒng)、凝膠色譜柱、檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

2.1.1.泵系統(tǒng)：包括一個(gè)溶劑儲(chǔ)存器、一套脫氣裝置和一個(gè)高壓泵。它的工作是使流動(dòng)相（溶劑）以恒定的流速流入色譜柱。泵的工作狀況好壞直接影響著最終數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。越是精密的儀器，要求泵的工作狀態(tài)越穩(wěn)定。要求流量的誤差應(yīng)該低于0.01mL/min。

2.1.2.色譜柱：GPC儀分離的核心部件。是在一根不銹鋼空心細(xì)管中加入孔徑不同的微粒作為填料。每根色譜柱都有一定的相對(duì)分子質(zhì)量分離范圍和滲透極限，色譜柱有使用的上限和下限。色譜柱的使用上限是當(dāng)聚合物最小的分子的尺寸比色譜柱中最大的凝膠的尺寸還大，這時(shí)高聚物進(jìn)入不了凝膠顆?？讖?，全部從凝膠顆粒外部流過(guò)，這就沒(méi)有達(dá)到分離不同相對(duì)分子質(zhì)量的高聚物的目的。而且還有堵塞凝膠孔的可能，影響色譜柱的分離效果，降低其使用壽命。色譜柱的使用下限就是當(dāng)聚合物中最大尺寸的分子鏈比凝膠孔的最小孔徑還要小，這時(shí)也沒(méi)有達(dá)到分離不同相對(duì)分子質(zhì)量的目的。所以在使用凝膠色譜儀測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，必須首先選擇好與聚合物相對(duì)分子質(zhì)量范圍相配的色譜柱。

2.1.3.填料（根據(jù)所使用的溶劑選擇填料，對(duì)填料最基本的要求是填料不能被溶劑溶解）：交聯(lián)聚苯乙烯凝膠（適用于有機(jī)溶劑，可耐高溫）、交聯(lián)聚乙酸乙烯酯凝膠（最高100℃，適用于乙醇、丙酮一類(lèi)極性溶劑）多孔硅球（適用于水和有機(jī)溶劑）、多孔玻璃、多孔氧化鋁（適用于水和有機(jī)溶劑)

2.1.4.柱子：玻璃、不銹鋼

2.1.5.檢測(cè)系統(tǒng)：通用型檢測(cè)器：適用于所有高聚物和有機(jī)化合物的檢測(cè)。有示差折光儀檢測(cè)器、紫外吸收檢測(cè)器、粘度檢測(cè)器。

2.1.6.示差折光儀檢測(cè)器：溶劑的折光指數(shù)與被測(cè)樣品的折光指數(shù)有盡可能大的區(qū)別。

2.1.7.紫外吸收檢測(cè)器：在溶質(zhì)的特征吸波長(zhǎng)附近溶劑沒(méi)有強(qiáng)烈的吸收。

2.1.8.選擇型檢測(cè)器：適用于對(duì)該檢測(cè)器有特殊響應(yīng)的高聚物和有機(jī)化合物。有紫外、紅外、熒光、電導(dǎo)檢測(cè)器等。

操作

2.2.1.溶劑的選擇： 能溶解多種聚合物；不能腐蝕儀器部件；與檢測(cè)器相匹配。

2.2.2.把激光光散射與凝膠色譜儀聯(lián)用，在得到濃度譜圖的同時(shí)，還可得到散射光強(qiáng)對(duì)淋出體積的譜圖，從而計(jì)算出分子量分布曲線和整個(gè)試樣的各種平均分子量

2.2.3.激光光散射實(shí)驗(yàn)中必須對(duì)樣品嚴(yán)格除塵，溶液中的灰塵會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光散射，嚴(yán)重干擾聚合物溶液光散射的測(cè)量。溶液除塵是光散射成敗的關(guān)鍵。首先是溶劑除塵，配置測(cè)試樣品的溶劑應(yīng)進(jìn)行精餾，并經(jīng)過(guò)0.2μm超濾膜過(guò)濾后方可使用。配好的溶液也要用0.2μm的超濾膜過(guò)濾。另外，測(cè)試中所用的器械，如：注射器等，使用前要用洗液浸泡，清水強(qiáng)力沖洗。

四、優(yōu)點(diǎn)

（1）全部組分均在溶劑分子洗脫之前洗脫下來(lái)，分離時(shí)間短。

（2）可以預(yù)測(cè)洗脫時(shí)間，可以連續(xù)進(jìn)樣。

（3）凝膠色譜的分離過(guò)程不依靠分子間作用力，一般情況下，沒(méi)有強(qiáng)保留的分子累積在色譜柱，所以分離時(shí)試樣組分不會(huì)丟失，柱的使用壽命也會(huì)延長(zhǎng)。

（4）保留時(shí)間短，色譜峰窄，容易檢測(cè)。

五、應(yīng)用

凝膠色譜不但可以用于分離測(cè)定高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量分布，同時(shí)根據(jù)所用凝膠填料不同，可分離脂溶性和水溶性物質(zhì)，分離相對(duì)分子質(zhì)量的范圍從幾百萬(wàn)到100以下。近年來(lái)，凝膠色譜也廣泛用于小分子化合物。相對(duì)分子質(zhì)量相近而化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，不可能通過(guò)凝膠滲透色譜法達(dá)到完全分離純化的目的。凝膠色譜不能分辨分子大小相近的化合物，相對(duì)分子質(zhì)量相差需在10%以上才能得到分離。

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