一、实验目的：
1. 掌握PL—120型号凝胶渗透谱（gel permeation chromatography，GPC）的工作原理。 2. 掌握凝胶渗透谱仪的基本操作及数据处理方法。
担架车
3. 利用凝胶渗透谱仪测定聚合物的分子量及其分布。 二、基本原理：
分子量的多分散性是高聚物的基本特征之一。聚合物的性能与其分子量和分子量分布密切相关。凝胶渗透谱（gel permeation chromatography，GPC）是液相谱的一个分支，已成为测定聚合物分子量分布和结构的最有效手段。其还可测定聚合物的支化度，共聚物及共混物的组成。采用制备型的谱仪，可将聚合物按分子量的大小分级，制备窄分布试样，供进一步分析和测定其结构。该方法的优点是：快捷、简便、重视性好、进样量少、自动化程度高。
凝胶谱的分离机理众说不一，有体积排除、限制扩散、与流动分离等各种解释。实验证明， 体积排除的分离机理起主要作用。因此，这一技术又被赋予另一个名称：体积排除谱（size exclusion chromatography，SEC）
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图1. GPC分离过程示意图
圆球表示颗粒；黑点表示溶质分子
在凝胶谱中会有三种情况，一是分子很小，能进入分子筛全部的内孔隙；二是分子很大，完全不能进入凝胶的任何内孔隙；三是分子大小适中，能进入凝胶的内孔隙中孔径大
小相应的部分。大、中、小三类分子彼此间较易分开，但每种凝胶分离范围之外的分子，在不改变凝胶种类的情况下是很难分离的。对于分子大小不同，但同属于凝胶分离范围内各种分子，在凝胶床中的分布情况是不同的：分子较大的只能进入孔径较大的那一部分凝胶孔隙内，而分子较小的可进入较多的凝胶颗粒内，这样分子较大的在凝胶床内移动距离较短，分子较小的移动距离较长。于是分子较大的先通过凝胶床而分子较小的后通过凝胶床，这样就利用分子筛可将分子量不同的物质分离。另外，凝胶本身具有三维网状结构，大的分子在通过这种网状结构上的孔隙时阻力较大，小分子通过时阻力较小。分子量大小不同的多种成份在通过凝胶床时，按照分子量大小排队，凝胶表现分子筛效应。
GPC谱柱装填的是多孔性凝胶（如最常用的高度交联聚苯乙烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。GPC仪工作流程图如2图所示。
图2.GPC仪工作流程图
谱柱总体积为Vt，载体骨架体积为Vg，载体中孔洞总体积为Vi，载体粒间体积为V0，则
折叠浴巾架
Vt＝Vg＋V0＋Vi
V0和Vi之和构成柱内的空间。溶剂分子体积远小于孔的尺寸，在柱内的整个空间（V0＋Vi）活动；高分子的体积若比孔的尺寸大，载体中任何孔均不能进入，只能在载体粒间流过，其淋出体积是V0；高分子的体积若足够小，如同溶剂分子尺寸，所有的载体孔均可以进出，其淋出体积为（V0＋Vi）；高分子的体积是中等大小的尺寸，它只能在载体孔V防爆电动紧急切断阀i的一部分孔中进出，其淋出体积Ve为
Ve＝V0＋KVi
K为分配系数，其数值0≤K≤l，与聚合物分子尺寸大小和在填料孔内、外的浓度比有关。当聚合物分子完全排除时，K＝0；在完全渗透时，K＝1（见图4-3）。当K＝0时，Ve＝V0；此处所对应的聚合物分子量是该谱柱的渗透极限（PL），商品GPC仪器的PL常用聚苯
乙烯的分子量表示。聚合物分子量超过PL值时，只能在V0以前被淋洗出来，没有分离效果。
V0和Vg对分离作用没有贡献，应设法减小；Vi是分离的基础，其值越大柱子分离效果越好。制备孔容大，能承受压力，粒度小，又分布均匀，外形规则（球形）的多孔载体，让其尽可能紧密装填以提高分离能力。柱效的高低，常采用理论塔板数N和分离度R来作定性的描述。测定N的方法可以用小分子物质作出谱图，从图上求得流出体积Ve和峰宽W，以下式计算N值：N＝（4Ve／W）2，N值越大，意味着柱子的效率越高。“l”、“2”代表分子量不同的两种标准样品，Ve,1、Ve,2、W1，W2为其淋出体积和峰宽，分离度R的计算为，若R生物厕所≥1，则完全分离。
上面阐述的GPC分离机理只有在流速很低，溶剂粘度很小，没有吸附，扩散处于平衡的特殊条件下成立，否则会得出不合理的结果。
实验测定聚合物GPC谱图，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已知的单分散的（分子量比较均一）标准样品，求得其各自的淋出体积Ve，作出logM对Ve校正曲线（图4-3）。
logM＝A－BVe -----------------------------------------（1）
当logM＞logMa时，曲线与纵轴平行，表明此时的流出体积（V0）和样品的分子量是无关，V0即为柱中填料的粒间体积，Ma开关量信号就是这种填料的渗透极限。当logM＜logMa时，Ve对M的依赖变得非常迟钝，没有实用价值。在logMa和logMd点之间为一直线，即式（1）表达的校正曲线。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：
R为分子线团等效球体半径。[η]M是体积量纲，称为流体力学体积。众多的实验中得出[η]M的对数与Ve有线性关系。这种关系对绝大多数的高聚物具有普适性。普适校准曲线为
--------------------------------- （2）
因为在相同的淋洗体积时，有
[η]1M1＝[η]2伸缩杆M2 ------------------------------------- （3）
式中下标1和2分别代表标样和试样。它们的Mark－Houwink方程分别为
因此可得 ------------------------------ （4）
或 ------------------- （5）
将（1）式代入（5），即得待测试样的标准曲线方程
K1、K2、α1、α2可以从手册查到，从而由第一种聚合物的M-Ve校正曲线，换算成第二种聚合物的M-Ve曲线，即从聚丙稀标样作出的M-Ve校正曲线，可以换算成各种聚合物的校正曲线。
有了校正曲线，即可根据Ve读得相应的分子量。一种聚合物的GPC校正曲线不能用于另一种聚合物，因而用GPC测定某种聚合物的分子量时，需先用该种聚合物的标样测定校正曲线。但是除了聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等少数聚合物的标样以外，大多数的聚合物的标样不易获得，多数时候只能借用聚苯乙烯的校正曲线，因此测得的分子量M值有误差，只具有相对意义。
用GPC方法不但可以得到分子量分布，还可以根据GPC谱图求算平均分子量和多分散系数，特别是当今的GPC仪都配有数据处理系统，可与GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数，无需人工处理。
三、仪器与样品
四氢呋喃THF （流动相）
聚合物样品 （如PS）
样品瓶
注射器（100μl）
样品过滤头
注射器（5ml）
PL—120型GPC谱仪
四、实验步骤
1用超声波在减压的条件下对流动相（THF）经行减压退气。
2
1．溶液配制：分别配制5ml的聚苯乙烯标样及待测样品的溶液。
2．PL—120型液相谱仪的启动：
（1）谱级四氢呋喃注入泵的溶剂瓶，检测器废液出口接废液回收瓶。
（2）
打开计算机，联机记录。
（3）依次打开泵（Waters-1515），打开示差折光检测器（2414），柱温箱。
（4）打开Breeze2工作站。
（5）启动泵：
从抽液阀排管路气泡；
向右打开参比阀，在工作站上设定4ml/min流速，排赶泵内气泡。大约3分种后在工作站上停止流速。将参比阀向左关闭；
