第七章 GPC测试高分子的分子量及其分布.
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GPC-分子量及分子量分布测量解读
凝胶色谱分离原理
凝胶色谱是按照分子的尺寸大小来分离的，其分离并不依赖流动相 和固定相之间的相互作用力。 凝胶色谱柱内的总体积
Vt VCM Vi VM
填料的骨架体 填料的孔 积 体积 填料的粒 间体积
分子可进入的体积为Vi＋VM
Pore Structure Defines Resolving Range
[] KM
选择型检测器 适于对该检测器有特殊响应的高聚物和有机化合物。有紫 外、红外、荧光、电导检测器等，灵敏度高
聚合物色谱中的检测器
浓度
响应值正比于浓度C 实例：示差(refractometer)检测器 N = (dn/dc) C
紫外检测器 蒸发光散射检测器
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
普适校正曲线 由于GPC反映的是淋洗体积与高聚物流体力学体积之间的 关系，而各种聚合物分子链的柔性不同，分子量相同而结 构不同的聚合物在溶液中的流体力学体积不同。因此，用 流体力学体积做校正曲线就具有普适性。 根据Einstein公式，[η]M事实上代表了高分子线团在溶液中 的流体力学体积。 [η]=2.5NV/M V:聚合物链等效球的流体力学体积 N:阿佛加德罗常数
H f(v)
单分散样品 类似高斯曲线
Vp
V (t)
多分散样品 可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
H S Wi Wi
V (T)
分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。 1962年J.C.Moore将高交联度聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂 用作柱填料，以连续式高灵敏度的示差折光仪，并以体 积计量方式作图，制成了快速且自动化的高聚物分子量 及分子量分布的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶 渗透色谱技术。
GPC-分子量及分子量分布测量
尽量减轻分子间的弱相互作用（样品分子间、样品和 溶剂分子间、填料和样品分子间等）
使难于溶解的样品得以溶解（如聚烯烃PE\PP、工程 塑料PPS等）
对样品和溶剂的要求
对溶剂的要求
低粘度、高沸点、毒性小、溶解性能好、与凝胶不起化学
反应。
对于示差检测器，要求溶剂的折光指数与溶液的折光指数
相差较大，以便得到较高的灵敏度（高分子的折光指数：
对于中间大小的分子
GPC分离的特点：
• 只能测定一定范 围的分子量
•大分子先流出
• 淋出体积有一定 的范围
• K由分子尺寸决定
VR VM KVi
分子能进入的 孔体积占总孔 体积的分数
泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和 Nhomakorabea个高压泵。泵
的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。
进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下
各种平均分子量
分子量分布的测定方法 分级、超速离心、GPC
凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC or Size Exclusion Chromatography, SEC)
组成：泵系统、 进样系统、分离 系统、检测系统、 温度控制系统和 数据采集与处理 系统。
普适校正曲线
两种校正曲线的比较
方法 优点
单分散标样 校正曲线
普适校正曲线
方法简便，准确性高
可以用一种标样得到的校 正曲线测定其它聚合物的 分子量及其分布
缺点
难以获得与待测样品同类 必须已知待测聚合物的K 的单分散标样，而且只能 和α值 测定与标样同类的聚合物
SUCCESS
使难于溶解的样品得以溶解（如聚烯烃PE\PP、工程 塑料PPS等）
对样品和溶剂的要求
对溶剂的要求
低粘度、高沸点、毒性小、溶解性能好、与凝胶不起化学
反应。
对于示差检测器，要求溶剂的折光指数与溶液的折光指数
相差较大，以便得到较高的灵敏度（高分子的折光指数：
对于中间大小的分子
GPC分离的特点：
• 只能测定一定范 围的分子量
•大分子先流出
• 淋出体积有一定 的范围
• K由分子尺寸决定
VR VM KVi
分子能进入的 孔体积占总孔 体积的分数
泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和 Nhomakorabea个高压泵。泵
的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。
进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下
各种平均分子量
分子量分布的测定方法 分级、超速离心、GPC
凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC or Size Exclusion Chromatography, SEC)
组成：泵系统、 进样系统、分离 系统、检测系统、 温度控制系统和 数据采集与处理 系统。
普适校正曲线
两种校正曲线的比较
方法 优点
单分散标样 校正曲线
普适校正曲线
方法简便，准确性高
可以用一种标样得到的校 正曲线测定其它聚合物的 分子量及其分布
缺点
难以获得与待测样品同类 必须已知待测聚合物的K 的单分散标样，而且只能 和α值 测定与标样同类的聚合物
SUCCESS
GPC-分子量及分子量分布测量
LgM A BVe
得到校正曲线后，就可以通过淋洗体积来计算待测样品的分 子量
以聚苯乙烯为标样的校正曲线
M1 M2 M3 M4
LogM
M1 A
M2
M3
M4
B
0 Vm
Vi
A点为排除极限，分子 V 量比M1大的不能相互区
分；B点为渗透极限， 分子量小于M4的也不能 相互区分。
V
普适校正曲线
得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。
GPC载体的种类： 1.交联聚苯乙烯凝胶 2.多孔性玻璃 3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯 酰胺凝胶 4.木质素凝胶等
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。
➢ 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。
➢ 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。
单分散样品 类似高斯曲线
H f(v)
Vp
多分散样品
H
可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
V (t) S Wi Wi
V (T)
分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。 单分散标样校正曲线 选用同类型已知分子量的单分散标样（d <1.1）做GPC分析， 得到lgM~V曲线：
得到校正曲线后，就可以通过淋洗体积来计算待测样品的分 子量
以聚苯乙烯为标样的校正曲线
M1 M2 M3 M4
LogM
M1 A
M2
M3
M4
B
0 Vm
Vi
A点为排除极限，分子 V 量比M1大的不能相互区
分；B点为渗透极限， 分子量小于M4的也不能 相互区分。
V
普适校正曲线
得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。
GPC载体的种类： 1.交联聚苯乙烯凝胶 2.多孔性玻璃 3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯 酰胺凝胶 4.木质素凝胶等
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。
➢ 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。
➢ 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。
单分散样品 类似高斯曲线
H f(v)
Vp
多分散样品
H
可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
V (t) S Wi Wi
V (T)
分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。 单分散标样校正曲线 选用同类型已知分子量的单分散标样（d <1.1）做GPC分析， 得到lgM~V曲线：
GPC-分子量及分子量分布测量解读
MP和σ分别为峰位分子量和谱峰宽度，B1＝2.303B
条块法 当谱图不对称或出现多峰时应用此法。将GPC曲线沿横坐 标分成n个级分，求出每个级分的淋洗体积Vi和浓度Hi， 再由校正曲线求出每个级分的分子量Mi，级分的重量分 数为Wi，即可得到平均分子量为
[] KM
选择型检测器 适于对该检测器有特殊响应的高聚物和有机化合物。有紫 外、红外、荧光、电导检测器等，灵敏度高
聚合物色谱中的检测器
浓度
响应值正比于浓度C 实例：示差(refractometer)检测器 N = (dn/dc) C
紫外检测器 蒸发光散射检测器
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
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。 1962年J.C.Moore将高交联度聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂 用作柱填料，以连续式高灵敏度的示差折光仪，并以体 积计量方式作图，制成了快速且自动化的高聚物分子量 及分子量分布的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶 渗透色谱技术。
泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和一个高压泵。泵 的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。 进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下 所得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。 分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。 PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。 色谱柱类型 交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。 多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。
条块法 当谱图不对称或出现多峰时应用此法。将GPC曲线沿横坐 标分成n个级分，求出每个级分的淋洗体积Vi和浓度Hi， 再由校正曲线求出每个级分的分子量Mi，级分的重量分 数为Wi，即可得到平均分子量为
[] KM
选择型检测器 适于对该检测器有特殊响应的高聚物和有机化合物。有紫 外、红外、荧光、电导检测器等，灵敏度高
聚合物色谱中的检测器
浓度
响应值正比于浓度C 实例：示差(refractometer)检测器 N = (dn/dc) C
紫外检测器 蒸发光散射检测器
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
GPC是用溶剂作流动相，流经多孔填料(如多孔硅胶或多孔 树脂) 作为分离介质的液相色谱法。 1953年Wheaton和Bauman用多孔离子交换树脂按分子量 大小分离了苷、多元醇和其它非离子物质，观察到分子 尺寸排除现象。 1959年Porath和Flodin用葡聚糖交联制成凝胶来分离水 溶液中不同分子量的样品。 1962年J.C.Moore将高交联度聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂 用作柱填料，以连续式高灵敏度的示差折光仪，并以体 积计量方式作图，制成了快速且自动化的高聚物分子量 及分子量分布的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶 渗透色谱技术。
泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和一个高压泵。泵 的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。 进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下 所得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。 分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。 PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。 色谱柱类型 交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。 多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。
第七章 GPC测试高分子的分子量及其分布.
现在知道了吧？
GPC系统配置
进样器
泵 色谱柱 检测器
柱温箱
THF, 氯仿, DMF
示差检测器
需要GPC软件才可计算Mw
校正曲线
逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的
关系
6.0
log(M.W.) 1 2 3 5.0 4 5 4.5 6 4.0 7 8 15.0 16.0 17.0 18.0 min
ID 1
2 3
Time 14.797
15.559 16.239
MW 853000
380000 186000
5.5
平 均 分 子 量 及分散度含 义
数均相对分子质量 (Mn) 重均相对分子质量 (Mw)
Z均相对分子质量（Mz）
粘均相对分子质量 (Mη)
相对分子质量分布的定义为质均相对分子质量与
数均相对分子质量之比：D(分散度)= Mw/Mn
各种平均相对分子质量的测定方法
方 法 名 称 适 用 范 围 相对分子质 方法类 量意义 型
质在流动相和固定相之间的分配效应，淋出体 积仅仅由溶质分子大小和载体孔尺寸决定，分 离完全是由于体积排除效应所致，故称为体积 排除机理。
GPC两个术语
排阻极限
MW与V之间的关系
渗透极限
GPC柱
GPC 理想 校正 曲线
排阻极限
排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子 的分子量。所有大于排阻极限的分子都不能进入凝胶颗粒 内部，直接从凝胶颗粒外流出，所以它们同时被最先洗脱 出来。排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量， 大于这种凝胶的排阻极限的分子用这种凝胶不能得到分离。
一、分子量分布的一般测定方法
分子量分布的实验测定方法的原则是利用高聚物分子量
GPC系统配置
进样器
泵 色谱柱 检测器
柱温箱
THF, 氯仿, DMF
示差检测器
需要GPC软件才可计算Mw
校正曲线
逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的
关系
6.0
log(M.W.) 1 2 3 5.0 4 5 4.5 6 4.0 7 8 15.0 16.0 17.0 18.0 min
ID 1
2 3
Time 14.797
15.559 16.239
MW 853000
380000 186000
5.5
平 均 分 子 量 及分散度含 义
数均相对分子质量 (Mn) 重均相对分子质量 (Mw)
Z均相对分子质量（Mz）
粘均相对分子质量 (Mη)
相对分子质量分布的定义为质均相对分子质量与
数均相对分子质量之比：D(分散度)= Mw/Mn
各种平均相对分子质量的测定方法
方 法 名 称 适 用 范 围 相对分子质 方法类 量意义 型
质在流动相和固定相之间的分配效应，淋出体 积仅仅由溶质分子大小和载体孔尺寸决定，分 离完全是由于体积排除效应所致，故称为体积 排除机理。
GPC两个术语
排阻极限
MW与V之间的关系
渗透极限
GPC柱
GPC 理想 校正 曲线
排阻极限
排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子 的分子量。所有大于排阻极限的分子都不能进入凝胶颗粒 内部，直接从凝胶颗粒外流出，所以它们同时被最先洗脱 出来。排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量， 大于这种凝胶的排阻极限的分子用这种凝胶不能得到分离。
一、分子量分布的一般测定方法
分子量分布的实验测定方法的原则是利用高聚物分子量
GPC测定聚合物分子量及分子量分布
lg M = A－BVe － 式中A、 为与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关的常数。 式中 、B 为与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关的常数。
用一组已知分子量的单分散性聚合物标准试样， 用一组已知分子量的单分散性聚合物标准试样，在与未知试 样相同的测试条件下得到一系列GPC谱图，以它们的峰值位置的Ve 谱图，以它们的峰值位置的 样相同的测试条件下得到一系列 谱图 作图， 的直线， 校正曲线： 对lg M作图，可得如图 的直线，即GPC校正曲线： 作图 可得如图3-6的直线 校正曲线
二 、主要药品与仪器 主要药品与仪器
流动相） THF （流动相） PS） 聚合物样品 （如PS） 样品瓶 注射器（1ml） 注射器（ ） 流动相脱气系统 样品过滤头 1000 ml 10mg
Waters-Breeze GPC 仪
三、实验步骤
流动相） （1） THF （流动相） 的脱气 ） THF过滤、真空脱气后，加入到流动相瓶中。 过滤、真空脱气后，加入到流动相瓶中。 过滤
GPC色谱柱装填的是多孔性凝胶（如最常用的高度交联聚苯乙 色谱柱装填的是多孔性凝胶（ 色谱柱装填的是多孔性凝胶 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 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。 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 仪 工作流程图如下所示。 工作流程图如下所示。
有了校正曲线， 读得相应的分子量。 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 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 校正曲线不能用于另一种聚合物 GPC 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 分子量时，需先用该种聚合物的标样测定校正曲线。 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等少数聚合物的标样以外， 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， 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 值有误差，只具有相对意义。 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 GPC方法不但可以得到分子量分布，还可以根据GPC谱图求 方法不但可以得到分子量分布 GPC 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 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 GPC 系统，可与GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数， 系统，可与GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数，无须 GPC谱图同时给出各种平均分子量和多分散系数 人工处理。 人工处理。
GPC-分子量及分子量分布测量
得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。
无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮
等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂
和水。
GPC载体的种类：
1.交联聚苯乙烯凝胶
2.多孔性玻璃
Diallyl Phthalate
Ethyl Cellulose
Epoxy
Polyester Alkyd
Polybutene(1)
Polybutadiene – Styrene
Phenol – Formaldehyde
Phenol – Furfural
Polymethylmethacrylate
Polypropyleneglycol
Polystyrene
Polysulfone
Polyvinylacetate
Polyvinylbutyral
Polyvinylchloride
Polyvinylchloride – Acetate
Polyvinyldienechloride
Polyvinylformal
Polystyrene Acrylonitrile
各种平均分子量
分子量分布的测定方法
分级、超速离心、GPC
凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC
or Size Exclusion Chromatography, SEC)
组成：泵系统、
进样系统、分离
系统、检测系统、
温度控制系统和
数据采集与处理
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。
无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮
等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂
和水。
GPC载体的种类：
1.交联聚苯乙烯凝胶
2.多孔性玻璃
Diallyl Phthalate
Ethyl Cellulose
Epoxy
Polyester Alkyd
Polybutene(1)
Polybutadiene – Styrene
Phenol – Formaldehyde
Phenol – Furfural
Polymethylmethacrylate
Polypropyleneglycol
Polystyrene
Polysulfone
Polyvinylacetate
Polyvinylbutyral
Polyvinylchloride
Polyvinylchloride – Acetate
Polyvinyldienechloride
Polyvinylformal
Polystyrene Acrylonitrile
各种平均分子量
分子量分布的测定方法
分级、超速离心、GPC
凝胶渗透色谱
(Gel Permeation Chromatography, GPC
or Size Exclusion Chromatography, SEC)
组成：泵系统、
进样系统、分离
系统、检测系统、
温度控制系统和
数据采集与处理
GPC-分子量及分子量分布测量
24
数据处理
谱图的表示方法
单分散样品 类似高斯曲线
H f(v)
Vp
多分散样品
H
可看作许多单分散组 分的叠加，各组分含 量正比于其峰面积
2021/3/26
V (t)
S Wi Wi
V (T)
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分子量校正曲线
多半仪器不具备分子量检测器，只能得到浓度－淋洗体积曲 线，因此需要首先建立分子量－淋洗体积校正曲线。这条曲 线的精度直接决定了分子量测定的准确性。
PS凝胶：适于有机溶剂，可耐高温。 无机硅胶：适于有机溶剂，水。
交联聚乙酸乙烯酯凝胶：适于乙醇、丙酮 等极性溶剂。
多孔玻璃、多孔氧化铝：适于有机溶剂 和水。
2021/3/26
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GPC载体的种类： 1.交联聚苯乙烯凝胶 2.多孔性玻璃 3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯 酰胺凝胶 4.木质素凝胶等
2021/3/26
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泵系统：溶剂贮存室、一套脱气装置和一个高压泵。泵
的工作状态好坏直接影响最终数据的准确性。
进样系统：自动进样，每次取样量精确。 温度控制系统：检测器对温度敏感，不同测试温度下所
得到的数据不同，故GPC应有较好的控温系统。
分离系统：包括凝胶色谱柱，是GPC的核心。
色谱柱类型
Mw MP expB(122 /2) Mn MP exp(B122 /2) d Mw / Mn expB(122)
MP和σ分别为峰位分子量和谱峰宽度，B1＝2.303B
2021/3/26
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➢ 条块法 当谱图不对称或出现多峰时应用此法。将GPC曲线沿横坐 标分成n个级分，求出每个级分的淋洗体积Vi和浓度Hi， 再由校正曲线求出每个级分的分子量Mi，级分的重量分 数为Wi，即可得到平均分子量为
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数 均 数 均 数 均 数 均 数 均 重 均 各种平均 重均，数均 粘 均 各种平均
绝对法 相对法 相对法 相对法 绝对法 绝对法 绝对法 绝对法 相对法 相对法
高聚物分子量的多分散性是高聚 物最基本特征之一，平均分子量及其 分布宽度不仅可以用来表征聚合物的 链结构，而且也是决定高分子材料性 能的基本参数之一，因此研究高聚物 就必须掌握分子量分布的测定方法。
为什么要用GPC法
相对分子量分布(多分散性指数)对聚合物的性质
有重要影响。 在相对分子质量分布（多分散性指数）成为人们 关注的热点后，经典方法却不能同时测定聚合物 的相对分子质量分布。凝胶渗透色谱(GPC)的应用 改善了测试条件，并提供了可以同时测定聚合物 的相对分子质量及其分布的方法，使其成为测定 高分子相对分子质量及其分布最常用、快速和有 效的技术。
分子量分布研究的意义：
首先，分子量分布对材料的物理机械性能影响很大； 其次，聚合物在材料加工前的分子量分布取决于聚合反
应机理，它在老化过程中分子量分布的变化取决于降解 机理。这样，测定分子量分布又是研究和验证聚合和解 聚动力学的有力工具。 例如，在涤纶片基生产过程中，（若分子量分布过宽，即 含有较多的高分子量和低分子量部分时，其成膜性差， 抗应力开裂能力也会降低）。测定高聚物的分子量分布 也是研究高分子聚合物或降解动力学的重要途径。
GPC方法中以淋洗体积或淋洗时间代表分子的尺寸大小，所
以首先要确定淋洗体积或淋洗时间与相对分子质量的关系，
即要建立一条两者之间相关联的曲线，就是通常所说的校正 曲线。 通常分子量的对数值与淋洗时间之间的关系曲线（LgM – T） 称之为分子量校正曲线
标
样
聚苯乙烯(PS，溶于各种有机溶剂) 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 聚环氧乙烷 (PEO，也叫聚氧化乙烯，溶于水) 聚乙二醇(PEG，溶于水)
GPC测试高分子的分子量 及分布
主讲 李金玲
聚合物---不同相对分子质量的同系物组成
的混合物。到目前为止尚无一种聚合方法
可以得到完全单一的相对分子质量的聚合
产物。
对聚合物的分子量加以控制的意义：
聚合物分子量小，性能达不到要求；
当分子量大至某种程度时，其熔融状态的流动性很差，
给加工成型造成困难。 兼顾到使用性能和加工性能两方面的要求，需对聚合物 的分子量加以控制。 例如，一般的聚苯乙烯制品平均分子量为十几万，如 果分子量低到几千极易粉碎，几乎没有应用价值。 当分子量达到20万以上时，其机械性能较好，但分 子量达到百万以上时，又难以加工，也失去实用价 值。
质在流动相和固定相之间的分配效应，淋出体 积仅仅由溶质分子大小和载体孔尺寸决定，分 离完全是由于体积排除效应所致，故称为体积 排除机理。
GPC两个术语
排阻极限
MW与V之间的关系
渗透极限
GPC柱
GPC 理想 校正 曲线
排阻极限
排阻极限是指不能进入凝胶颗粒孔穴内部的最小分子 的分子量。所有大于排阻极限的分子都不能进入凝胶颗粒 内部，直接从凝胶颗粒外流出，所以它们同时被最先洗脱 出来。排阻极限代表一种凝胶能有效分离的最大分子量， 大于这种凝胶的排阻极限的分子用这种凝胶不能得到分离。
渗透极限
能够完全进入凝胶颗粒孔穴内部的最大分子的分子量。 在选择固定相时，应使欲分离样品粒子的相对分子质量落 在固定相的渗透极限和排阻极限之间。
分子量测定
分子量的测定，是用一组分子量不等的，
单分散试样作为标准样品，分别测定它们 的淋洗时间，作为分子量－淋洗时间矫正 曲线。
分子量校正曲线（ LgM – T曲线 ）
4
5 6 7 8
16.888
17.476 18.032 18.495 19.005
100000
48000 23700 12200 5800
常用线性拟合或者三次方拟合
对于线性校正曲线可用下列
方程表示：lgM=A－BT
凝胶渗透色谱图 (chromatogram) 如图1所示：
如果把淋出体积换算成分子量，就成为分子量分布曲 线图2所示：
现在知道了吧？
GPC系统配置
进样器
泵 色谱柱 检测器
柱温箱
THF, 氯仿, DMF
示差检测器
需要GPC软件才可计算Mw
占据载体颗粒间的全部空隙和颗粒内部的孔洞，然后把 以同样溶剂配成的试样溶液自柱头加入，再以这种溶剂 自头至尾淋洗，同时从色谱柱的尾端接受淋出液，计算 淋出液的体积，并测定淋出液中溶质的浓度。自试样进 柱到被淋洗出来，所接受的淋出液的总体积称为该试样 的淋出体积。
(a) (b) (c) (a) 试样的注入 ； (b)淋洗 ； (c)继续淋洗
被采用的载体是苯乙烯和二乙烯基苯共聚的交联聚苯乙 烯凝胶球。球的表面和内部含有大量彼此贯穿的孔，孔 的内径大小不等。随后又发展了许多其他类型的凝胶以 及各种无机多孔材料，如多孔硅球和多孔玻璃等。
孔穴 凝胶球
(a) (b) (c) (a) 试样的注入 ； (b)淋洗 ； (c)继续淋洗
进行实验时，以待测试样的某种溶剂充满色谱柱，使之
浓度Ci C2 C1 浓度Ci C2 C1
T1 T2 图1
时间 T
lgM2 lgM1 图2
LgM
数均分子量
Mn =
S Hi S (Hi / Mi) S Mi Hi S Hi ΣMi2 Hi S Mi Hi
重均分子量 Z均分子量
Mw =
图2 Hi： 峰高 Mi：分子量
Mz =
D(分散度) = Mw/Mn
平 均 分 子 量 及分散度含 义
数均相对分子质量 (Mn) 重均相对分子质量 (Mw)
Z均相对分子质量（Mz）
粘均相对分子质量 (Mη)
相对分子质量分布的定义为质均相对分子质量与
数均相对分子质量之比：D(分散度)= Mw/Mn
各种平均相对分子质量的测定方法
方 法 名 称 适 用 范 围 相对分子质 方法类 量意义 型
当试样随淋洗溶剂进入柱子后，溶质分子即向多孔性凝
胶的内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的孔外， 还能进入较小的孔，而较大的分子只能进入较大的孔， 甚至完全不能进入孔洞而先被洗提。因而尺寸大的分子 先被洗提出来，尺寸小的分子较晚被洗提出来，分子尺 寸按从大到小的次序进行分离。
这种不考虑溶质和载体之间的吸附效应以及溶
SEC定义：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分 离的液相色谱方法。
GPC分离原理
固定相是多孔填料，小分子样品可以进入孔径内
部 样品与固定相之间无作用力 迁移时间不同
样品 大 填充物颗粒
简单吧！
中
孔穴
小
体积排除机理
分离的核心部件是一根装有多孔性载体的色谱柱。最先
一、分子量分布的一般测定方法
分子量分布的实验测定方法的原则是利用高聚物分子量
与某一物性的依赖性，采用不同的方法将其分开，大致 分为三类：
1. 利用高分子在溶液中的分子运动性质测定分子量分布
曲线。如：超速离心沉降法。
2. 利用高分子溶解度与其分子量之间的依赖关系进行分
级。
3. 利用高分子流体力学体积的不同测定分子量分布，即
端基分析法 冰点降低法 沸点升高法 气相渗透法 膜渗透法 光散射法 超速离心沉降速度法 超速离心沉降平衡法 粘度法 凝胶渗透色谱法
3×104以下 5×103以下 3×104以下 3×104以下 2×104~1×106 2×104~1×107 1×104~1×107 1×104~1×106 1×104~1×107 1×103~1×107
凝胶色谱法。
凝胶色谱法(Gel Permeation Chromatography ，简称GPC)
凝胶色谱法（又称凝胶渗透色谱）是目前最广
泛应用的分子量和分子量分布测定方法。
特点：操作简便，测定周期短，数据可靠，重
现性好，是一种重要的分离和分析手段。
1．基本原理
凝胶色谱的分离原理众说不一，有体积排除、
校正曲线
逐一注入聚合物标样以确定分子量与保留时间的
关系
6.0
log(M.W.) 1 2 3 5.0 4 5 4.5 6 4.0 7 8 15.0 16.0 17.0 18.0 min
ID 1
2 3
Time 14.797
15.559 16.239
MW 853000
380000 186000
5.5
限制扩散、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——体积排除色谱 (Size Exclusion Chromatography, SEC)。
SEC定义
SEC全称Size Exclusion Chromatography(体积排
阻色谱，或者尺寸排阻色谱）