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「科研干貨」了解凝膠色譜儀（GPC）從這里開始，快來GET吧！

來源：計算GO 時間：2019-06-04 16:44:21 瀏覽：8293次

本文由測試狗原創

【簡介】

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)、凝膠過濾色譜(GelFiltration Chromatography，GFC)，是液相色譜的一個分支，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。在總結前人經驗的基礎上，結合大網狀結構離子交換樹脂制備的經驗，將高交聯度聚苯乙烯凝膠用作柱填料，同時配以連續式高靈敏度的示差折光儀，制成了快速且自動化的高聚物分子量及分子量分布的測定儀，從而創立了液相色譜中的凝膠滲透色譜技術。

【特點及應用領域】

操作簡便快捷、進樣量小、數據可靠且重現性好、自動化程度高等。

主要應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、聚合物分級及其結構分析等。適于分析水溶液中的多肽、蛋白質、生物酶等生物分子。

【基本原理】

當被分析的試樣隨著淋洗溶劑引入柱子后，溶質分子即向填料內部孔洞擴散。較小的分子除了能進入大的孔外，還能進入較小的孔；較大分子則只能進入較大的孔；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，較小的分子較晚被淋洗出來。

只依據尺寸大小分離，大組分最先被洗提出

直徑小于孔徑的組分進入凝膠孔道

依據尺寸差異，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（柱塞泵）、進樣器、色譜柱、檢測系統（示差折光檢測器、多波長UV、FTIR等）及數據采集與處理系統。

圖2 GPC儀器

【載體和色譜柱】

載體是GPC產生分離作用的關鍵

GPC儀器對載體的要求：

1. 良好的化學穩定性和熱穩定性；

2. 有一定的機械強度；

3. 不易變形;

4. 流動阻力小；

5. 對試樣沒有吸附作用；

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：

1. 交聯聚苯乙烯凝膠

2. 多孔性玻璃

3. 聚乙酸乙烯酯凝膠及聚丙烯酰胺凝膠

4. 木質素凝膠等

評價色譜柱性能的兩個重要參數

柱效率N：可用“理論塔板數”N進行描述。淋洗體積V_R，峰底寬W，然后按照下式進行計算N：

對于相同長度的色譜柱，N值越大，意味著柱效率越高。

分離度R：V1，V2分別為對應于樣品1和樣品2的兩個峰值的淋洗體積；W1，W2分別為峰1和峰2的峰底寬。

顯然，若兩個樣品達到完全分離，R應等于或大于1，如果R小于1，則分離是不完全的。

【GPC測定聚合物分子量】

聚合物分子量：統計平均分子量

假定在某一高分子試樣中含有若干中分子量不等的分子，該試樣的總質量為w，總摩爾數為n，種類數用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，在整個試樣中的重量分數為W_i，摩爾分數為N_i，則這些量之間存在下列關系：

數均分子量：以數量為統計權重

重均分子量：以重量為統計權重

Z均分子量：以Z值為統計權重

粘均分子量：用稀溶液粘度法測得的平均分子量

分子量比較

GPC譜圖

圖3 典型高分子的GPC譜圖

檢測器信號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。

分子量－淋出體積標定曲線

根據GPC分離機理，保留體積(或淋出體積)Ve與分子量之間有線性關系

logM＝A－BV_e

式中：A和B為常數，其值與溶質、溶劑、溫度、載體及儀器結構有關，可由分子量－淋出體積曲線的直線段的截距和斜率求出。

首先測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V_e作圖得到反S形工作曲線（圖B）。工作曲線中間的直線部分就是標定曲線。

圖4 已知分子量的窄分布樣品的GPC譜圖（左）；GPC的標準曲線（右）。

分子量－淋出體積普適標定曲線

實際上，對大多數聚合物很難獲得窄分布標準樣品，由容易獲得的陰離子聚合的聚苯乙烯(Mw/Mn<1.1)測得的校準曲線，也不能直接用于其他高分子，因為不同高分子盡管分子量相同，但體積卻不一樣。因而必須尋找一個分子結構參數代替分子量，希望用這一參數求出的標定關系對所有高分子普遍適用，稱為普適標定。

根據愛因斯坦（Einstein）公式