凝胶渗透色谱(GPC)的原理及在样品前处理中的应用
GPC实验报告
GPC实验报告一、实验目的本实验旨在通过凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）技术对聚合物样品进行分子量及其分布的测定，以了解样品的分子结构特征和性能。
二、实验原理GPC 是一种基于体积排阻的分离技术。
聚合物溶液通过填充有特定孔径的凝胶色谱柱时，不同分子量的分子在柱中的保留时间不同。
小分子能够进入凝胶颗粒内部的孔隙，因此在柱中的停留时间较长；而大分子则主要在凝胶颗粒之间的空隙中移动，停留时间较短。
通过检测器检测流出液中聚合物的浓度，得到浓度随时间的变化曲线，即色谱图。
根据已知分子量的标准样品建立的校正曲线，可以计算出待测样品的分子量及其分布。
三、实验仪器与试剂1、仪器凝胶渗透色谱仪（GPC）自动进样器示差折光检测器数据处理系统2、试剂标准聚苯乙烯样品（已知分子量分布）四氢呋喃（THF，色谱纯）待测聚合物样品四、实验步骤1、仪器准备开启 GPC 仪器，预热至稳定状态。
检查流动相（THF）的储量和纯度，确保无杂质。
2、标准曲线绘制用一系列已知分子量的标准聚苯乙烯样品配制不同浓度的溶液。
通过自动进样器依次进样，记录色谱图。
根据标准样品的分子量和保留时间，绘制分子量保留时间的校正曲线。
3、样品制备准确称取适量的待测聚合物样品，用 THF 溶解并配制成一定浓度的溶液。
用045μm 的滤膜过滤样品溶液，去除杂质。
4、样品测定将处理好的样品溶液放入自动进样器中，设置进样参数进行进样。
记录样品的色谱图，并通过数据处理系统结合标准曲线计算分子量及其分布。
5、仪器清洗实验结束后，用大量的 THF 冲洗色谱柱和系统，以去除残留的样品和杂质。
五、实验结果与分析1、标准曲线得到了线性良好的分子量保留时间标准曲线，相关系数R²为_____。
2、待测样品分子量及其分布待测聚合物样品的数均分子量（Mn）为_____，重均分子量（Mw）为_____，分子量分布指数（PDI ＝ Mw ／ Mn）为_____。
现代材料分析测试技术 凝胶渗透色谱 GPC
• 含有固化剂的EPOXY
酚醛树脂在室温条件下的自然 固化现象观察
8 6 4
RI/mv
2 0 -2 -4 15
1d 2d 5d 11d 19d
20
25 t/min
30
35
补充内容：水相GPC的应用
• 用于溶解于水的聚合物 • 较有机相GPC要复杂得多
水相GPC中存在的问题
• 非体积排除效应
• 分子尺寸不能直接反映分子质量及其分布 的信息。
聚合物分子量的特点
1.分子量大 2.多分散性
3.分子量统计平均值+分布系数才能确切 描述聚合物分子量
GPC分离机理
二、GPC仪器的基本配置
• • • • • • 溶剂贮存器(Solvent) 泵(Pump) 进样系统(Autosample ) 色谱柱(column) 检测器(detector) 数据采集与处理系统(Data Acquirement and Process System) • 废液池 (Waste)
（1）分子质量变化不大
• 这是由于分子链发生了氧化现象，生成了 其它物质，如羟基被氧化为醛、酮或酯的 结构，这时聚合物整体的分子链长度没有 明显的改变，但聚合物的性质发生了变化， 这时可以通过红外的方法检测其分子链结 构组成的变化。
（2）分子质量降低
• 有些高聚物的老化是因为分子链的断裂， 这时分子量急剧下降，使产品性能发生显 著的变化。如纤维强度下降，变脆，达不 到使用要求。
仪器基本配置流程图
3 2.5 2
RI/mv
1.5 1 0.5 0 -0.5 0 5 10 15 20 25 30 35 t/min
泵(515 HPLC Pump)
• 要求精度很高
凝胶渗透色谱法测高聚物的分子量分布
凝胶渗透色谱法测高聚物的分子量分布聚合物的分子量及分子量分布是聚合物性能的重要参数之一，它对聚合物的物理机械性能影响很大。
在聚合物分子量的测定方法中凝胶渗透色谱法（gel permeation chromatography, GPC）由于其快速方便的特点受到了广泛的应用。
一、实验目的1．了解凝胶渗透色谱法测高聚物分子量分布的原理2．熟悉安捷伦型凝胶渗透色谱仪的简单工作原理和操作。
二、GPC简单原理凝胶渗透色谱（Gel Permeation chromarography 简称GPC）为一种液体色谱，是一种很有效的分离技术。
其分离过程在装填有多种固体的“凝胶”小球的谱柱中进行。
凝胶多为高交联度的聚苯乙烯或多孔硅胶。
这些凝胶孔径的大小要与所分离聚合物的分子尺寸相同。
用待测样品的良溶剂不断淋洗色谱柱，当把用相同溶剂制备的试样稀溶液注入柱前淋洗液中后，待高聚物从柱的尾竿流出时，即得分级。
关于GPC的分离机理，目前尚无一完备的理论，但就目前存在的理论可以分为三大类：平衡排除理论；限制扩散理论；流动分离理论。
其中最常用的，认为起主要作用的是平衡排除理论；流速较低时扩散在分离过程中是不重要的；至于液动分离机理则只在液速很高时才起作用。
按照此理论，GPC是基于大分子尺寸不同而进行分级的。
凝胶孔洞的大小有一定的分布，当溶解的聚合物分子液以多孔小球时，扩散到凝胶孔结构内去的程度依赖于分子的尺寸和凝胶孔径的大小和分布。
尺寸大的分子只能进入凝胶内层的一小部分，或完全被排除在外；而尺寸小的分子则能渗透到大部分的凝胶内层中去，因此分子的尺寸越大，在柱中走的路程越短，相反，分子的尺寸越小，在柱中的路程越长，保留时间也就越长。
这样，当高聚物流经色谱柱时，就按其分子量的大小分开，大分子首先流出，达到分级的目的。
分离过程如图1。
图1 GPC 的分离原理柱子的总体积可分为三部分：凝胶粒间体积V 0，凝胶骨架体积V GM ，凝胶总孔洞体积V i ；如果柱子的总体积为V t则： V t ＝V 0＋V i ＋V GM （1）如果某种尺寸的大分子可进入的孔洞体积为V i acc ，则其淋出体积V c 应为：我们定义分配系数为：i i d V acc V /K ⋅= （2） i d c V K V V +=0 （3）如果K d ＝1，则该分子可进入全部孔洞，此时V c ＝V 0＋V i ；如果K d ＝0则该分子完全被排斥在孔洞之外，此时V ＝V 0。
凝胶渗透色谱的分离原理
凝胶渗透色谱的分离原理GPC的分离原理基于分子在凝胶（或称为透明凝胶）乃至分子筛中的渗透效应。
凝胶是由交联聚合物制成的多孔介质，具有指定的孔隙尺寸。
样品中的分子通过凝胶时，会受到凝胶孔隙大小的限制。
大分子无法进入较细的孔隙，只能在较大的孔隙中渗透；而小分子则可以进入更细小的孔隙。
通过选择合适的凝胶和溶液体系，可以实现对样品中分子进行逐一分离的目的。
GPC的实验操作通常包括三个步骤：样品注入、溶剂渗透和分离。
首先，样品以溶剂为载体被注入进GPC柱中。
溶剂和样品混合后，样品中的分子进入凝胶中。
然后，溶剂渗透或扩大凝胶孔隙，使分子在凝胶中进行渗透过程。
这个过程与液相色谱中与固定相的分离类似，会受到分子尺寸、形状以及溶剂的影响。
最后，分离出的分子按照尺寸从柱上逐一洗脱。
较大分子被阻碍在较小的孔隙中不能渗透，因此滞留时间较长；而较小分子则可以顺利通过较细小的孔隙，并更早地洗脱出来。
GPC主要根据聚合物的分子量进行分离，可以用于合成聚合物的分子量和分子量分布的测定。
此外，GPC还可用于测定天然高聚物（如蛋白质、多糖等）和大分子结构的分子量及其分布，对于探索高聚物分子结构与性质之间的关系具有重要意义。
通过GPC，可以得到分子量分布曲线，该曲线显示了样品中不同分子量的聚合物的相对含量。
通过分析GPC结果，可以对聚合物样品的分子量分布特征进行评估和比较。
GPC的分离原理的优点之一是可以在溶液中对样品进行分离，避免了其他技术中有机溶剂的使用。
此外，GPC适用于几乎所有类型的聚合物，包括天然和合成聚合物。
总之，凝胶渗透色谱是一种基于分子大小差异的高效分离技术，通过选择合适的凝胶和溶剂体系，可以实现对样品中分子的逐一分离，从而得到分子量和分子量分布的信息。
凝胶渗透色谱(GPC)
凝胶渗透色谱（GPC）1. 简介凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC）是一种常用的分离和分析高分子化合物的方法。
该技术基于样品中高分子与凝胶基质之间的相互作用特性进行分离，并通过检测其分子量进行定性和定量分析。
2. 原理GPC的原理基于高分子在溶剂中形成的动态螺旋结构。
在这个多孔的凝胶基质中，高分子可以通过不同的速度渗透进入孔隙中，较大分子量的高分子会更难进入孔隙，而较小分子量的高分子则相对容易进入。
因此，在GPC中，高分子化合物会根据其分子量的大小在凝胶柱中得到分离，从而实现对样品的分析。
3. 实验操作3.1 样品制备：将待分析的高分子化合物溶解在合适的溶剂中，得到样品溶液。
确保样品溶液中没有明显的悬浮物或杂质。
3.2 柱装填：将凝胶柱装入色谱柱座，并根据柱座的要求进行调整和固定。
3.3 校准：使用一系列已知分子量的标准品进行校准。
将标准品溶液以一定流速注入凝胶柱中，记录各标准品的保留时间。
3.4 样品进样：使用自动进样器或手动进样器将样品溶液以适当流速注入凝胶柱中。
3.5 分离：样品在凝胶柱中进行凝胶渗透分离，不同分子量的高分子以不同的速度通过凝胶基质，完成分离。
3.6 检测：通过不同的检测器检测凝胶柱中流出的样品，常用的检测器包括紫外-可见光谱检测器、折光率检测器等。
3.7 数据处理：根据标准品的保留时间和已知分子量，结合样品的保留时间，计算出样品的分子量。
4. 应用领域GPC广泛应用于高分子化合物的分析和研究领域。
主要应用包括但不限于以下几个方面：•分析聚合物的分子量分布：通过GPC可以获得聚合物样品的分子量分布情况，了解样品中分子量大小的范围和占比，有助于进一步研究和应用。
•聚合物纯度分析：GPC可以用于判断聚合物样品的纯度，通过检测样品中的低分子量杂质，评估样品的纯净度。
•聚合物杂质分析：GPC可以用于分析聚合物样品中的杂质物质，如副产物、残留单体等。
GPC凝胶渗透色谱理论和应用
GPC、NMR测定超支化聚合物理论及运用GPC凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱自20世纪60年代问世以来，在高聚物分子量及分子量分布测试中得到了广泛的应用。
以往有关GPC在聚丙烯腈共聚物分析方面的工作，一般采用普适校正法[ ]和渐进法[2]对凝胶色谱柱进行校正。
普适校正法和渐进法需要一系列的标样，而聚丙烯腈的标样系列很难得到。
如果制备聚丙烯腈共聚物标样则需要耗费大量的时间和精力。
宽分布校正法[卜I]可以采用单一宽分布标样对色谱柱进行标定，这种方法在分析难以制备标样的共聚物时，显示出很大的优越性。
Purdon[6]认为，宽分布校正法只有在标样与待测样品分子量相近时结果较为准确，而标样与待测样品分子量相差较大时结果误差很大。
在本试验中应用宽分布校正法时，比较了扣除色谱峰扩展效应前后的测试结果，数据表明，在应用宽分布校正法校正色谱柱时，必须扣除色谱峰扩展效应的影响才能得到较为准确的结果。
Purdon的测试结果不准确，是因为没有扣除色谱峰扩展效应。
本法在生产线上聚丙烯腈分子量监测中得到了实际应用，结果满意。
GPC凝胶渗透色谱（缩写：Gel Permeation Chromatog-raphy ），又称为尺寸排阻色谱（Size Exclusion Chromatography,简称SEC），它是基于体积排阻的分离机理，通过具有分子筛性质的固定相，用来分离相对分子质量较小的物质，并且还可以分析分子体积不同、具有相同化学性质的高分子同系物。
凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography、GPC)1964年，由J.C.Moore首先研究成功。
不仅可用于小分子物质的分离和鉴定，而且可以用来分析化学性质相同分子体积不同的高分子同系物。
一．原理部分分离原理：让被测量的高聚物溶液通过一根内装不同孔径的色谱柱，柱中可供分子通行的路径有粒子间的间隙（较大）和粒子内的通孔（较小）。
当聚合物溶液流经色谱柱时，较大的分子被排除在粒子的小孔之外，只能从粒子间的间隙通过，速率较快；而较小的分子可以进入粒子中的小孔，通过的速率要慢得多。
凝胶渗透色谱法
凝胶渗透色谱法（GPC）一、凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱Gel Permeation Chromatography（GPC)，一种新型的液体色谱，原理是利用高分子溶液通过一个装填凝胶的柱子，在柱子中按分子大小进行分离。
柱子为玻璃柱或金属柱，内填装有交联度很高的球形凝胶。
其中的凝胶类型有很多，都是根据具体的要求而确定（常用的有聚苯乙烯凝胶）。
然而，无论哪一种填料，他们都有一个共同点，就是球形凝胶本身都有很多按一定分布的大小不同的孔洞（见图1）。
图1 GPC分离原理不仅可用于小分子物质的分离与鉴定，而且可作为用来分析化学性质相同但分子体积不同的高分子同系物。
可以快速、自动测定高聚物的平均分子量及分子量分布。
现阶段，已经成为最为重要的测定聚合物的分子量与分子量分布的方法。
二、测定原理凝胶色谱法的固定相采用凝胶状多孔性填充剂，是根据样品中各种分子流体力学提及的不同进行分离的。
比凝胶孔径大的分子完全不能进入孔内，随流动相沿凝胶颗粒间流出柱外，而娇小的分子则可或多或少地进入孔内。
因此大分子流程短，保留值小；小分子流程长，保留值大，所以凝胶色谱是按分子流体力学体积的大小，从大到小顺序进行分离的。
（见图2）图2 GPC淋出曲线溶质分子的体积越小，其淋出体积越大，这种解释不考虑溶质与载体间的吸附效应以及溶质在流动相和固定相中的分配效应，其淋出体积仅仅由溶质分子的尺寸和载体的孔径尺寸决定，分离完全是由于体积排除效应所致。
凝胶色谱的特点是样品的保留体积不会超出色谱柱中溶剂的总量，因为保留值的范围是可以推测的，这样可以每隔一定时间连续进样而不会造成谱峰的重叠，提高了仪器的使用率。
三、分子量校正曲线（LogM-V曲线）凝胶色谱图计算样品的分子量分布的关键是把凝胶色谱曲线中的淋洗体积V转化成分子量M，这种分子量的对数值与淋洗体积之间的曲线(LogM-V)称之为分子量校正曲线（见图3）。
图3 分子量校正(LogM-V)曲线➢排阻极限排阻极限是指不能进入凝胶颗粒空穴内部的最小分子的分子量。
凝胶渗透色谱(GPC)在聚合物研究中的应用
凝胶渗透色谱(GPC)在聚合物研究中的应用凝胶渗透色谱在聚合物研究中的应用【实验目的】1. 掌握凝胶渗透色谱(gel permeation chromatography，GPC)的工作原理。
2. 掌握凝胶渗透色谱仪的基本操作及数据处理方法。
3. 利用凝胶渗透色谱仪测定聚合物的分子量及其分布，熟悉GPC在活性聚合研究中的应用。
【实验原理】1. 凝胶渗透色谱仪器简介凝胶渗透色谱是一种特殊的液相色谱，其设备的基本构成与HPLC设备非常相似，实际上就是一套液相色谱体系，包括储液瓶(存储流动相溶剂)、输液泵、进样器、色谱柱和浓度检测器，其结构示意图见图25.1。
图25.1 GPC仪结构示意图流动相由储液器经由在线过滤器过滤进入输液泵。
输液泵系统必须精确，且能在高压下运行，保证流动相以恒定的流速进行输送。
典型的流速为1 mL/min。
最常使用的进样器是环路进样器(loop injector)，可以非常精确地将样品注入加压的溶剂中。
对于典型的GPC柱(3/8” O.D., 1英尺长)，进样体积必须不超过100 ,L/柱，一般进样体积和样品浓度不需精确控制。
样品溶液流经色谱柱时，由色谱柱按分子量大小进行分级，分子量的大小反映为流出时间。
各级分的浓度由检测器检测，从而可以得到级分浓度-流出时间关系曲线，即为GPC曲线。
为了保证良好的重复性和稳定性，色谱柱和检测器必须保持温度恒定。
2. GPC色谱柱及其分级原理GPC与通常液相色谱最大的不同是其色谱柱中稳定相及其分离机理的不同。
GPC 的稳定相是由小直径、窄分布的球形多孔交联凝胶粒子组成，其凝胶孔的大小与待分离高分子的分子体积大小相当。
由于凝胶粒子必须具有一定孔径的多孔结构，因此GPC不可能使用粒径小于10 ,m的凝胶粒子。
GPC柱的示意图见图25.2，其柱的总体积(V)可认为是由三部分组成:凝胶粒子之col间的空隙体积V、凝胶粒子基质的本体体积V和凝胶粒子中的孔穴体积V。
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体积排阻色谱SEC在样品前处理中，有着独特的作用，今天小编就带您一起探寻一下GPC 的原理，以及它在样品前处理中的出色应用，一起来学习吧！
1.定义
体积排阻色谱法（Size exclusion chromatography，SEC）是利用多孔凝胶固定相的独特特性，而产生的一种主要依据分子尺寸大小的差异来进行分离的方法，它又称为空间排阻色谱法（Steric exclusion chromatography）。
2.分类
流动相：水；凝胶过滤色谱（GFC）
流动相：有机相；凝胶渗透色谱（GPC）
3.固定相
填料：多孔凝胶（软性凝胶和刚性凝胶）；
特点1：表面分布大小不一的小孔（如图）
特点2：凝胶颗粒间存在空隙
4.分离
特点1：
化合物按照分子量大小，分为小分子，中等分子、大分子。
小分子：能通过小孔、中孔、大孔、空隙；
中等分子：能通过中孔、大孔、空隙；
大分子：被排阻在外，只能通过填料空隙。
特点2：
分子量越小，越能通过更多不同的孔径的孔，分子量越大，只能通过一些较大孔径的孔，分子量足够大完全被排斥在外，而不能通过孔，只能通过填料间的空隙。
特点3：
能通过的孔越多，所走的距离越长，出峰越慢；能通过的孔越少，所走的距离越短出峰越快。
5.原理
基于分配理论：
6.确定分子量大小
如同色谱质谱的定量分析一样，通过标准曲线法来定量未知样品的分析物质的浓度。
在GPC 中组分从柱中的洗脱体积（Ve）与分子量（M）存在对应关系lgM- Ve，我们可先通过配置好的已知分子量的化合物分子，进样后，在凝胶柱上存在对应的洗脱体积，来配制标准曲线，在相同色谱条件下，未知的物的分子量，可以通过其洗脱体积，在准曲线上找到对应的分子量。
A: 分子量为106，对应洗脱体积为V0
B：分子量为103 , 对应洗脱体积为V0+V P
X: 未知物，对应的洗脱体积为V x，可求得其分子量大小
7.两个极限
极限一：排阻极限
如果要分离的物质，分子量足够大，比填料的最大孔径都大，所有分子都将被排斥。
极限二：渗透极限
如果要分离的物质，分子量足够小，比填料的最小孔径都小，所有分子都被渗透。
结论：体积排阻色谱只能分离凝胶柱处于渗透极限对应化合物分子量A和处于排阻极限对应化合物分子量B之间的物质。
8.举个例子（土壤中的多环芳烃的分离）
图中的蓝色为为土壤萃取物的紫外吸收曲线，可以发现，色谱峰型较宽，只出现一个混杂的色谱峰，如不处理，将难以进行定量分析，黑色线为经过
S EC处理的土壤提取物，当得知多环芳烃流出的时间后（收集点），在其流出时间处收集（红色部位），将收集物在反相液相色谱上分析，得到如下色谱图：
经过S EC处理的收集物（多环芳烃），在HP LC上得到了好的分离，干扰性杂质（玉米油、DE HP等）也得到了很好的去除效果。
另外G PC得一个典型的应用，就是在农药残留分析中，去除油脂，大分子蛋白、色素。
S EC提供了常规SPE和LLE难以分离处理的复杂基质样品的前处理手段。
上海安谱实验科技股份有限公司，于1997年组建成立，总部位于上海，目前拥有500多位员工，2018年销售额超过5亿人民币；是中国领先的实验用品供应链管理服务
商；目前公司已是集研发、生产与销售以及客户供应链管理为一体的综合性企业；主要产品包括化学试剂、标准品、气相色谱相关耗材、液相色谱相关耗材、样品前处理产品、实验室通用耗材、小型仪器等。