凝胶渗透色谱法的验证

用于测定聚苯乙烯和其它四氢呋喃可溶聚合物的数均、重均、粘均、峰均，Z均，分子量分布和特性粘度

目的：验证一种描述四氢呋喃可溶聚合物分子量分布的方法

分析方法学：

操作参数：

仪器： Waters M-150-C ALC/GPC色谱仪配Viscotek示差粘度计, Model 100
柱子： Styrene-DVB GPC柱： 2XLinear+500Å
流动相：四氢呋喃 (0.025% BHT)
流速： 1.0ml/min
进样体积： 150ul

试剂和标准：

THF (0.025% BHT) Chempure, CMS Corporation

聚苯乙烯标准, 窄分子量分布，已知Mp和特性粘度值（少则6个标准品，一般12个标准品）。附上所供标准品的完整ID列表。

宽分子量分布标准品，用于校正标准曲线的有效性和特性粘度值。

标准溶液制备：

室温下，每种标准品10到25毫克溶于装有流动相的透明硼硅玻璃离心管中。例如，50.0毫克原料溶于20毫升流动相中得到0.25%的溶液。样品融完以后用0.45微米过滤盘过滤。

分析：

每种标准品和样品进行3次色谱分析以确保结果的可重复性，避免由仪器引起的意外干扰。

系统适用性要求：

先进行一系列检查以确保仪器的正常操作。示差折射仪的输出读数应达到3毫伏，粘度计的示差传感器读数应设定接近0，系统背压应低于1000psi, 单扩散低分子量标准品的峰应该是对称的（0.9-1.0斜率），柱子的总塔板数应超过20,000 plts/bank。

计算：

田纳西州休斯敦市的Viscotek公司提供的4.05 (7-6-92) 版本Unical GPC软件，用于进行所有的计算。软件手册详细描述了计算涉及的所有公式，算法和积分。

首先，计算峰值参数以确定粘度计与折射仪的便宜峰展和斜率校正系数。

其次, 计算通用校正表并制图。Log(mp X IV*)相对洗脱体积用于绘图。 IV* 是系统操作条件下每个标准品的特性粘度。

再次，未知样品使用通用校正方法进行计算。

对样品而言，下列值可以确定。

Mn 数均分子量
Mp 峰均分子量
Mv 粘均分子量
Mw 重均分子量
Mz Z均分子量
IV* 特性粘度 (dl/gm)

方法验证：

分子量是1个阿伏伽德罗常数 (6 X 10^23)的物质分子以克为单位计的重量。

聚合物样品不具备单一的分子量。

由于聚合物是一些列不同分子大小和分子重量组成的混合物，不能用单一的分子量来表征。构成聚合物样品的所有不同分子经测定和平均，得到一个平均分子量。平均分子量的类别取决于所使用的测量方法。

数均分子量

(Mn)是通过计算样品单位重量中分子数量得到。在此测量方法中，所有分子都一视同仁，不计重量或大小的差别。渗透压、蒸汽压、冰点降低、沸点升高、羟基数、羧基当量——所有此类测量的结果平均值称为数均分子量。数均分子量对于小分子种类的重量分数变化十分敏感，对小分子而言，即使很小的物质重量也代表了非常庞大数量的分子。

另外一种用于检测聚合物分子量的技术是光散射。一道光穿透非常稀的聚合物溶液时，会因聚合物分子发生散射。任意角度的散射强度都是分子量的二次方函数。由于这个平方函数，大分子相较于小分子在计算分子量时产生更多的贡献。这种“重量”平均值被称为重均分子量，对于大分子聚合物的分子数量变化十分敏感。

测量聚合物稀溶液粘度可以获得粘均分子量，使我们掌握溶液中聚合物分子的大小和体积。特性粘度与粘均分子量相关。大分子对于聚合物样品粘均分子量影响较大。

如果聚合物的稀溶液，以相当低的速度进行离心，并建立起热力学平衡，其中分子依其分子大小而分布。从这个实验中获得的分子量称为Z-均分子量。较大分子对于Z均分子量的影响，比重均或粘均分子量更为重要。

不同的平均分子量，对于聚合物加工和终端产品性能影响是极其显著的。

所有上述平均分子量都可通过凝胶渗透色谱法（GPC）在约30～45分钟的单次测试中获得。

Flory从理论上证明了聚合物分子在溶液中的流体力学体积与分子量与特性粘度之积成正比。

Benoit论证了Flory的理论，如果特性粘度参数可用，具有不同化学结构的聚合物在相同的校正曲线上位置一致。

由于GPC是通过流体力学体积来分离聚合物，在线示差粘度计则提供完整的分子量分布对应的特性粘度，这使得使用已知分子量的标准品校正GPC系统，或测定未知结构聚合物的绝对分子量变得可行。

结果重现性：

每次检测样品时，应对色谱系统进行校准，以确保良好的结果重现性。

通常在理想条件下，结果的差异应低于+/- 1.0%；实际上，逐月差异应低于 +/- 2.5%.

结论：

上述分析系统对于THF可溶性聚合物的分子量分布的表征是准确和可重复的。可直接测量所有的聚合物，且不依赖于已发表的Mark-Houwink常数来作出理论假设来推导它们的值。

参考文献：

1."A differential Visometer", Part II, American Laboratory April 1985. By Dr. Max Haney, president of Viscotek Corporation.

2."Absolute Molecular Weight Distribution of Polymer by SEC-Viscometry" By Dr. Dennis J. Nagy, Air Products and Chemicals, Inc. First International GPC/Viscometry Symposium April 1991, Houston, TX.

3."Principles of Polymer Chemistry", Cornell University Press, Ithaca, NY., 1953, P.J. Flory.

作者：John E. Armonas / APSC总裁、聚合物化学家
日期：1993-10-29
翻译：西宝生物市场部

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