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「科研干貨」了解凝膠色譜儀（GPC）從這里開(kāi)始，快來(lái)GET吧！

來(lái)源：計(jì)算GO 時(shí)間：2019-06-04 16:44:21 瀏覽：6483次

本文由測(cè)試狗原創(chuàng)

【簡(jiǎn)介】

凝膠色譜法(Gel Permeation Chromatography，GPC)是一種新型的液體色譜，又名體積排除色譜(Size Exclusion Chromatography，SEC)、凝膠過(guò)濾色譜(GelFiltration Chromatography，GFC)，是液相色譜的一個(gè)分支，是高聚物表征的重要方法之一。

1964年由J.C.Moore首先研究成功。在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂制備的經(jīng)驗(yàn)，將高交聯(lián)度聚苯乙烯凝膠用作柱填料，同時(shí)配以連續(xù)式高靈敏度的示差折光儀，制成了快速且自動(dòng)化的高聚物分子量及分子量分布的測(cè)定儀，從而創(chuàng)立了液相色譜中的凝膠滲透色譜技術(shù)。

【特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域】

操作簡(jiǎn)便快捷、進(jìn)樣量小、數(shù)據(jù)可靠且重現(xiàn)性好、自動(dòng)化程度高等。

主要應(yīng)用于聚合物分子量及其分布、聚合物的支化度、共聚物及共混物的組成、聚合物分級(jí)及其結(jié)構(gòu)分析等。適于分析水溶液中的多肽、蛋白質(zhì)、生物酶等生物分子。

【基本原理】

當(dāng)被分析的試樣隨著淋洗溶劑引入柱子后，溶質(zhì)分子即向填料內(nèi)部孔洞擴(kuò)散。較小的分子除了能進(jìn)入大的孔外，還能進(jìn)入較小的孔；較大分子則只能進(jìn)入較大的孔；而比最大的孔徑還要大的分子就只能留在填料顆粒之間的空隙中。因此，隨著溶劑的淋洗，大小不同的分子就得到分離，較大的分子先被淋洗出來(lái)，較小的分子較晚被淋洗出來(lái)。

只依據(jù)尺寸大小分離，大組分最先被洗提出

直徑小于孔徑的組分進(jìn)入凝膠孔道

依據(jù)尺寸差異，樣品組分分離

圖1 GPC的分離原理

【GPC工作流程】

GPC儀器主要由輸液系統(tǒng)（柱塞泵）、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測(cè)系統(tǒng)（示差折光檢測(cè)器、多波長(zhǎng)UV、FTIR等）及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

圖2 GPC儀器

【載體和色譜柱】

載體是GPC產(chǎn)生分離作用的關(guān)鍵

GPC儀器對(duì)載體的要求：

1. 良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；

2. 有一定的機(jī)械強(qiáng)度；

3. 不易變形;

4. 流動(dòng)阻力小；

5. 對(duì)試樣沒(méi)有吸附作用；

6. 分離范圍越大越好（取決于孔徑分布)等；

7. 載體的粒度愈小，愈均勻，堆積的愈緊密，色譜柱分離效率愈高。

GPC載體的種類(lèi)：

1. 交聯(lián)聚苯乙烯凝膠

2. 多孔性玻璃

3. 聚乙酸乙烯酯凝膠及聚丙烯酰胺凝膠

4. 木質(zhì)素凝膠等

評(píng)價(jià)色譜柱性能的兩個(gè)重要參數(shù)

柱效率N：可用“理論塔板數(shù)”N進(jìn)行描述。淋洗體積V_R，峰底寬W，然后按照下式進(jìn)行計(jì)算N：

對(duì)于相同長(zhǎng)度的色譜柱，N值越大，意味著柱效率越高。

分離度R：V1，V2分別為對(duì)應(yīng)于樣品1和樣品2的兩個(gè)峰值的淋洗體積；W1，W2分別為峰1和峰2的峰底寬。

顯然，若兩個(gè)樣品達(dá)到完全分離，R應(yīng)等于或大于1，如果R小于1，則分離是不完全的。

【GPC測(cè)定聚合物分子量】

聚合物分子量：統(tǒng)計(jì)平均分子量

假定在某一高分子試樣中含有若干中分子量不等的分子，該試樣的總質(zhì)量為w，總摩爾數(shù)為n，種類(lèi)數(shù)用i表示，第i種分子的分子量為M_i，摩爾為n_i，重量為w_i，在整個(gè)試樣中的重量分?jǐn)?shù)為W_i，摩爾分?jǐn)?shù)為N_i，則這些量之間存在下列關(guān)系：

數(shù)均分子量：以數(shù)量為統(tǒng)計(jì)權(quán)重

重均分子量：以重量為統(tǒng)計(jì)權(quán)重

Z均分子量：以Z值為統(tǒng)計(jì)權(quán)重

粘均分子量：用稀溶液粘度法測(cè)得的平均分子量

分子量比較

GPC譜圖

圖3 典型高分子的GPC譜圖

檢測(cè)器信號(hào)H：比例于淋出液的濃度；

保留體積（淋出體積）：分子尺寸的大小，Ve換算成分子量M，即為分子量分布曲線(xiàn)。

分子量－淋出體積標(biāo)定曲線(xiàn)

根據(jù)GPC分離機(jī)理，保留體積(或淋出體積)Ve與分子量之間有線(xiàn)性關(guān)系

logM＝A－BV_e

式中：A和B為常數(shù)，其值與溶質(zhì)、溶劑、溫度、載體及儀器結(jié)構(gòu)有關(guān)，可由分子量－淋出體積曲線(xiàn)的直線(xiàn)段的截距和斜率求出。

首先測(cè)定一組分子量不同的單分散或窄分布樣品（已用其它方法精確確定了分子量）的淋出體積和分子量的GPC譜圖（圖A），然后以logM對(duì)V_e作圖得到反S形工作曲線(xiàn)（圖B）。工作曲線(xiàn)中間的直線(xiàn)部分就是標(biāo)定曲線(xiàn)。

圖4 已知分子量的窄分布樣品的GPC譜圖（左）；GPC的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)（右）。

分子量－淋出體積普適標(biāo)定曲線(xiàn)

實(shí)際上，對(duì)大多數(shù)聚合物很難獲得窄分布標(biāo)準(zhǔn)樣品，由容易獲得的陰離子聚合的聚苯乙烯(Mw/Mn<1.1)測(cè)得的校準(zhǔn)曲線(xiàn)，也不能直接用于其他高分子，因?yàn)椴煌叻肿颖M管分子量相同，但體積卻不一樣。因而必須尋找一個(gè)分子結(jié)構(gòu)參數(shù)代替分子量，希望用這一參數(shù)求出的標(biāo)定關(guān)系對(duì)所有高分子普遍適用，稱(chēng)為普適標(biāo)定。

根據(jù)愛(ài)因斯坦（Einstein）公式

圖5 GPC普適校準(zhǔn)曲線(xiàn)

若已知一種聚合物的M₁，只須簡(jiǎn)單計(jì)算，就能得到同一保留體積的另一種聚合物的M₂。

式中K、α――對(duì)每一特定高分子－溶劑體系是常數(shù)。將此兩式代入上式，并整理后得到

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