凝膠色譜儀的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用

凝膠色譜儀的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用
凝膠色譜儀由容積貯存器、輸液泵、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測(cè)記錄系統(tǒng)以及一些附屬電子儀器組成。下面將依次對(duì)輸液泵（1）、進(jìn)樣器（2）、色譜柱（3）、檢測(cè)器（4）進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。



應(yīng)用
（1）在聚合物生產(chǎn)及使用過程的應(yīng)用
　　a ．生產(chǎn)工藝的選擇選擇

　　什么樣的工藝流程會(huì)直接影響產(chǎn)品的分子量及其分布。因此分析不同工藝流程的分子量分布為選擇最佳的工藝提供依據(jù)。用凝膠色譜研究釜式、釜式連續(xù)以及塔式連續(xù)聚合等三種不同生產(chǎn)工藝對(duì)聚碳酸酯分子量分布的影響見下圖。從圖中看出：三種不同工藝的聚合產(chǎn)物在高分子量尾端差別不大，但以PC-62（1）塔式連續(xù)聚合試樣低分子量含量最多且分布也寬。這種工藝需要改進(jìn)。

　　b ．聚合過程的控制與監(jiān)視
　　在聚合反應(yīng)過程中不斷取樣通過凝膠色譜監(jiān)測(cè)來確定聚合條件對(duì)產(chǎn)物分子量分布的影響。如聚氯乙烯常有微凝膠存在，會(huì)影響它的物理和溶液性質(zhì)。微凝膠與什么因素有關(guān)？Abdel-Alim用凝膠色譜研究了聚合溫度對(duì)聚氯乙烯微凝膠含量的影響見下圖。從圖中的分子量分布曲線上分子量大于8.5×105的部分為微膠部分，可看出：聚合溫度愈低，微凝膠的含量愈高，當(dāng)聚合溫度為70℃ 時(shí)，微凝膠幾乎沒有了。因此，用凝膠色譜的監(jiān)視，可以控制產(chǎn)品的微凝膠。

　　c ．加工過程中的檢測(cè)
　　聚合物在加工過程中由于受熱、氧及機(jī)械作用而降解。用凝膠色譜研究擠出成型過程中高分子的降解，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單快速，可以細(xì)致地觀察不同擠出條件下試樣柱條的中心和表面的分子量及其分布的差別，這在凝膠色譜出現(xiàn)以前是不可能做到的。下圖是用凝膠色譜測(cè)定160℃擠出50％后聚苯乙烯樣品柱條不同部位的分子量分布的比較。從圖中可以看出，在擠出過程中，樣品的平均分子量下降、樣品柱條表面的分子量比其中心降解得快。

　　d ．使用過程中的檢測(cè)
　　聚合物材料在使用過程中由于光、熱、氧的作用而產(chǎn)生高分子鏈斷裂。Hendrickson研究聚苯乙烯的老化過程，用凝膠色譜分析了聚苯乙烯（Mw= 2.67×105，Mw/ Mn = 1.08）試樣在老化箱中老化2×103小時(shí)后分子量分布的變化見下圖。從圖中可看出，經(jīng)老化后分子量分布變寬，40%部分其分子量仍在原試樣范圍，49％的部分其分子量低于原試樣的分子量，而11％部分的分子量大于原試樣的分子量范圍，這可能是聚苯乙烯分子間的藕合所致。凝膠色譜不僅檢驗(yàn)老化過程分子量的變化而且還可以為老化機(jī)理的研究提供數(shù)據(jù)。

　　e ．產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)
　　聚2 , 6-二甲基苯醚( PPO）與PS , ABS等共混形成一種性能優(yōu)良的工程塑料(MPPO)，從GPC測(cè)定發(fā)現(xiàn)其沖擊強(qiáng)度與PPO 的低分子量含量有關(guān)。因此，通過測(cè)量GPC ，即可檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

（2）高聚物及低聚物的組成分離與分析
　　對(duì)于高聚物中的高分子或單體含量的分析以往是先用抽提方法將高分子與單體或助劑分離，然后，用光譜或色譜進(jìn)行定量測(cè)定。而凝膠色譜法對(duì)上述分離和分析能同時(shí)進(jìn)行，故很方便。
單體含量的分析：
　　聚乙烯咔唑是有機(jī)光導(dǎo)材料，而殘留單體的存在會(huì)影響材料的使用壽命。葉美玲用凝膠色譜簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確地測(cè)定了殘留單體的含量。將含有單體的高分子溶液通過色譜柱先進(jìn)行分離得到高分子和單體兩個(gè)峰如下圖。采用外標(biāo)法，制作已知單體濃度的標(biāo)定線。然后，量取單體的峰高，用標(biāo)定線求得單體的含量，最小檢知量為0.03％。

　　同理可進(jìn)行混合溶液中高分子含量的測(cè)定，此時(shí)，需選擇小孔徑的色譜柱，使高分子全部在滲透極限排出，得到一個(gè)對(duì)稱的窄峰便于進(jìn)行定量計(jì)算。用凝膠色譜成功地分析了油田污水中聚丙烯酰胺的含量，最小檢知量為0.1×10-6 (0.1ppm )。
　　小分子化合物的分離：Kato 等用微粒凝膠TSK-gel 柱，流速0.6ml / min ，以四氫呋喃為淋洗濟(jì)，2h 內(nèi)完成對(duì)聚乙二醇低聚體的分離見下圖。

（3）共聚物的分析
　　共聚物除了分子量分布外，還有組成的多分散性。以往對(duì)共聚物的組成分析很麻煩，首先進(jìn)行分級(jí)，然后用光譜、色譜等測(cè)定每級(jí)分組分，這樣既費(fèi)時(shí)又不準(zhǔn)確。用凝膠色譜能快速、同時(shí)測(cè)定共聚物的組成分布及分子量分布。對(duì)于一個(gè)組分有紫外吸收另一組分沒有紫外吸收的共聚物，Tung采用具有紫外和示差雙檢測(cè)器的凝膠色譜測(cè)定了丁苯橡膠的組成分布如下圖，可看出分子量分布較寬但組成分布較均勻。



　　另外程?時(shí)僅用一種示差檢測(cè)器測(cè)定了共聚物組成的快速方法。
　　總之，凝膠色譜已被廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)代分離分析科學(xué)領(lǐng)域中不可缺少的工具。