有机实验室的“宠儿” —— GPC（一）

GPC 是液相色谱的一个分支

是处理大分子物质和高聚物的理想设备之一

也是近年来各领域有机实验室的“宠儿”

在介绍 GPC 之前，先了解一下什么是 SEC。SEC 全称 Size Exclusion Chromatography（体积排阻色谱，或者尺寸排阻色谱），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。

SEC 分为凝胶过滤色谱（GFC，Gel filtration chromatography）和凝胶渗透色谱（GPC，Gel  permeation  chromatography）两种。

凝胶过滤色谱（GFC）主要用于生命科学领域，以水溶液为流动相，常用固定相填料是亲水性有机凝胶（葡聚糖，琼脂糖，聚丙烯酰胺等）。

凝胶渗透色谱（GPC）主要用于聚合物领域，以有机溶剂为流动相（氯仿，THF，DMF），常用固定相填料是苯乙烯－二乙烯基苯共聚物。

凝胶渗透色谱法（GPC）是一种新型的液相色谱，1964 年由 JCMoore 首先研究成功，以苯乙烯和二乙烯基苯在不同的稀释剂存在下制成了一系列孔径不同的凝胶，可以在有机溶剂中分离分子量从几千到几百万的试样；第二年 Maly 用示差折光仪为浓度检测器，以体积指示器为分子量检测器制成凝胶色谱仪，从而创立了液相色谱中的凝胶渗透色谱技术。

GPC 的主要特点：操作简便快捷；进样量小；数据可靠且重现性好；自动化程度高等。

应用领域：

1、聚合物分子量及其分布。高分子材料的加工性能，不仅和高聚物的平均分子量有关，而且也与分子量分布有关。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。

2、聚合物的支化度的测定。

3、聚合物分级及其结构分析。

4、高聚物中微量添加剂的分析。

5、测定高聚物的绝对分子量。高聚物的性能特别是机械性能、加工性能及高分子在溶液中的特性等都与高聚物分子量有关。如冲击强度、模量、拉伸强度、耐热、耐腐蚀性都与高聚物的分子量和分子量分布有关（分子量低易碎，分子量高难加工）。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。

凝胶渗透色谱是一种液相色谱，原理是利用高分子溶液通过一根装填有凝胶的柱子，在柱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。

当被分析的试样随着淋洗溶剂进入柱子后，溶质分子即向填料内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的孔外，还能进入较小的孔；较大分子则只能进入较大的孔；而比最大的孔还要大的分子就只能留在填料颗粒之间的空隙中。

随着溶剂的淋洗，大小不同的分子就得到分离，较大的分子先被淋洗出来，较小的分子较晚被淋洗出来。

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之间的吸附效应以及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尺寸和载体的孔尺寸决定，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 仪由泵系统、（自动）进样系统、凝胶色谱柱检测系统和数据采集与处理系统组成。

普通凝胶柱：按照不同的排阻极限分成很多种型号（如 GPC-80X）；每种排阻极限的柱子使用同一种凝胶颗粒；在一段范围内校正曲线成线性。

混合凝胶柱：一种型号（如 GPC-80M）；使用混合凝胶颗粒；在较宽范围内校正曲线都成线性，可消除不同柱子串联时可能产生非线性校正曲线导致结果偏差的问题。

按照样品所溶解的溶剂来选择柱子所属系列：THF、氯仿、DMF，必须选择合适的溶剂来溶解聚合物

按照样品分子量范围来选择柱子型号：样品分子量应该处在排阻极限和渗透极限范围内，并且最好是处在校正曲线线性范围内

包括一个溶剂储存器、一套脱气装置和一个高压泵它的工作是使流动相（溶剂）以恒定的流速流入色谱柱。泵的工作状况好坏直接影响着最终数据的准确性越是精密的仪器，要求泵的工作状态越稳定。要求流量的误差应该低于 0.01mL/min。

载体的种类主要有交联聚苯乙烯凝胶、多孔性玻璃、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）、木质素凝胶等。

载体应具有以下性质：

– 良好的化学稳定性和热稳定性；

– 有一定的机械强度；

– 不易变形；

– 流动阻力小；

– 对试样没有吸附作用；

– 分离范围越大越好（取决于孔径分布）等；

– 载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱分离效率愈高。

通用型检测器适用于所有高聚物和有机化合物的检测。有示差折光仪检测器、紫外吸收检测器、粘度检测器。

示差折光仪检测器：溶剂的折光指数与被测样品的折光指数有尽可能大的区别。

紫外吸收检测器：在溶质的特征吸波长附近溶剂没有强烈的吸收。

选择型检测器：适用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。