凝膠滲透色譜實驗
抖化學 / 2022-11-05
柱的填充和評價
任何GPC儀器的心臟是柱組，因為分離就在這組柱內(nèi)進行。GPC廣泛使用于除聚合物以外的領(lǐng)域，而且可得到范圍寬廣的、不同類型的凝膠作為柱的填充物。然而，其中許多只能用于含水溶劑，另外一些則太軟，不能經(jīng)受GPC儀器的操作壓力。實際上所有聚合物的GPC分析是在交聯(lián)聚苯乙烯凝膠上或在多孔硅膠及多孔玻璃顆粒上完成的。隨著緊湊的臺式GPC色譜儀器使用的增長，情況正在迅速地變化著，大多數(shù)GPC儀器所有的標準色譜柱長為1.2米，外徑7毫米，末端以放金屬燒結(jié)片的配件封閉以保持凝膠填充物，終端為1/16英寸的不銹鋼管，用于柱間的連接。按此方式，可使柱之間的死空間保持在最小限度。
CLPS凝膠可以干燥的或預填充柱的方式提供。CLPS凝膠的裝柱方法已由Peakcer和Tweedale作了描述(42]:”將凝膠顆粒懸浮在密度匹配的溶劑混合液中，制成的淤漿在加壓下泵人柱中。填充之后，柱子必須保持不含空氣，因空氣將破壞其性能。
很好地填充CLPS凝膠是一種技藝，多 數(shù)實驗室會發(fā)現(xiàn)自已填充柱子的真實費用與市售的柱是相當?shù)摹LPS柱用途很多，可在室溫下使用各種各樣的溶劑。一些溶劑不能使用，特別是醇、丙酮和二甲亞砜，因為它們能破壞凝膠;對于細孔徑凝膠應(yīng)避免使用二甲替甲酰胺，因為它可引起過度的泡脹。在升高溫度下使用時，它們的壽命變化很大，報導的數(shù)字有從幾周直到幾年的。柱子因疏忽而注入空氣，或由于樣品的不恰當過濾而易被損壞，通常就不易恢復。盡管如此，CLPS 凝膠仍然在所有填充材料中使用最廣泛，而且，前面概述的所有校正方法，都是由這種形式的填充物所發(fā)展的。
正常用于GPC的CLPS凝膠的粒徑范圍在30~ 75微米，常常具有寬的粒度分布。一般而論，較大的顆粒減低柱效，而較小的顆粒則引起不能接受的壓降升高。標準的柱長是1.2米，但也可得到較短的柱用于臺式的液相色譜儀。近年來，液相色譜儀已普
遍采用能操作于壓力高達42兆牛頓/米" ( 6000磅/英寸)、無脈沖流動的精密泵體系。在非常高的壓力下運轉(zhuǎn)的可能性已導致新型CLPS柱填料的發(fā)展，基于降低凝膠粒度將減小聚合物分子的擴散程的觀念，使能在更高的流速下達到接近于平衡的分離。
V ivileccia等曾描述過用于GPC的近于單分散的10微米直徑CLPS凝膠的使用[31]。這些凝膠可從Waters Associates 得到預填充柱，商品名“μStyragel”。使用這--類型的柱可使GPC運行所需時間由2小時左右縮短到少于15分鐘。這些柱子是很昂貴的，在本文寫作期間，它們對于聚合物的分離性能除聚苯乙烯外，尚無充分報導。盡管如此，它們卻提示了通向生產(chǎn)新的、快速、緊湊的GPC儀器的路子。
CLPS凝膠類比任何其它類型使用的更為廣泛，但剛性無機凝膠顆粒卻提供若干優(yōu)點。無機凝膠類可以干填充，簡單地將凝膠傾入柱中，連續(xù)振動以使凝膠床致密。這種凝膠因其剛性結(jié)構(gòu)而不為溶劑所泡脹，并且不受高溫操作的影響。柱子對偶然意外
注入空氣的敏感程度很小，萬一發(fā)生柱子堵塞，可以 取出填充物，清洗后重新填充而不喪失柱效。Titterton 曾用無機凝膠類在165*C連續(xù)操作，對聚烯烴類的分析得到極好的結(jié)果7。由于這些顆?；旧鲜遣ＡЩ蚬枘z，具有極性表面，對與聚合物的極
性相互作用是敏感的。使用這些材料分析極性聚合物時必須極為小心，特別當溶劑是非極性的，而分子量范圍又低時更是如此。聚合物吸附于無機凝膠表面的問題，?？捎蓪Ρ砻嬗霉柰榛噭?/span>如三甲基氯硅烷進行頂處理而減輕。無機凝膠的另外一個復雜情況是大多數(shù)GPC校正的研究是用CLPS完成的;雖然并無明確理由說明為什么CLPS的通用校正法對無機凝膠就不能成立，但卻有象征提示，要小心從事!
填充10微米凝膠顆粒，在高壓和高流速下操作的小口徑柱的最新發(fā)展，并不限于CLPS凝膠。Telepchakl和Unger 等:48]曾描述了使用微米規(guī)模的多孔玻璃作為GPC基質(zhì)。該微球用.種來說明的過程進行處理，在其表面載敷以烷基，這樣顯著地減
小了吸附效應(yīng)。這些凝膠只能得到預填充柱，由Perkin-Elmer有限公司出售，商品名稱“Vit-X"MacLean46描述了裝有Vit-X柱的整機色譜儀和預先編制了測定分子量程序的專用計算機，適當?shù)能浖蒔erkin Elmer公司出售作為他們PEP-2數(shù)據(jù)處理裝置的附件。據(jù)稱這-儀器可在不到20分鐘的時間內(nèi)完成對聚苯乙烯MWD的全部測定。然而，與多數(shù)用于GPC的液相色謂儀相同，本儀器不能在聚烯烴分析所需的高溫下操作。
MacLean指出在最近提高聚合物GPC分析速度的工作中忽視了某些因素。特別須要注意， GPC 校正的對數(shù)形式表明在高速度操作時，分布曲線的高分子量端掃描速度極快，注意到這點很是重要。為了準確鑒別聚合物，必須極為精密地控制溶劑流速，快速記錄數(shù)據(jù)的某些方式是必不可少的。對于聚合物的定量高速凝膠滲透色譜法，必須使用高級精密的恒流泵系統(tǒng)。
Baba和Satol473曾描述過在凝膠滲透色譜中使用0-氧化鋁微晶的膠凝物。這種材料具有其它無機凝膠的全部優(yōu)點，可給出極高的分辨率。就作者所知，0-氧化鋁的 GPC填充物尚無商品出售。
無論采用什么樣的柱子進行GPC分析，都希望有某些標準以評定其性能。本書前面各章已指出“分辨率”一詞應(yīng)用于色譜分離時的二元性質(zhì)。原則上，在GPC實驗中增大兩個峰的分離有兩個辦法: (1)改善柱子或操作條件，以便減小擴散效應(yīng)引起的峰在柱上加寬的量;(2)選擇一個柱組，使兩種化合物的洗脫相距更遠。第-種方法相應(yīng)于改善柱子的分離效率，第二種則意味著增大分離能力。-組GPC柱子的分離效率通常由借助于低分子量的標準物(常為三氯苯)測得的理論塔板數(shù)來表示。常規(guī)的CLPS凝膠柱通常提供約20塔板數(shù)/厘米，而山Styragel則能給出100塔板數(shù)/厘來。與之相反，正常的硅膠或玻璃柱給出典型的7塔板/厘米左右。
假若GPC儀器在低流速和小樣品量操作時，柱的塔板數(shù)主要是衡量填充情況好壞，而不表示它在聚合物分析方面的性能。柱或柱組的分離能力由其校正曲線的斜率來確定，增大分離能力相應(yīng)于較低的斜率?？紤]到這點并需記住，因為樣品在柱上停留
更長時間，峰的加寬將隨保留體積的增加而增加，我們就可概括在裝配-組用于聚合物GPC分析的柱子時所應(yīng)該期望的因數(shù)。
(1)柱子應(yīng)有最高的塔板數(shù)，這可由選擇凝膠和填充方法來實現(xiàn)。
(2)校正曲線應(yīng)有盡可能最低的斜率。
(3)為減少解釋數(shù)據(jù)中的誤差，校正曲線在樣品的整個分子量范圍內(nèi)應(yīng)是線性的。
(4)柱組的操作范圍(即圖10-3中V m和Vx +Vg之間的范圍)應(yīng)與樣品將洗脫的范圍相似。如果這一范圍太窄，色譜圖將發(fā)生畸變，并引起誤差;如果太寬，分離效率將降低。柱組的選擇顯然將是這些代表理想情識的諸要求之間的一一個折衷。
操作變數(shù)
當一組凝膠柱裝入色譜儀之后，還有兩個重要的變數(shù)可由操作人員控制。即注射的樣品濃度和通過柱子的溶劑流速。很多作者已對這二種變數(shù)進行了實驗研究，并由Bly511以及Johnson和Porter[10]作了評述。
發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯標準品的保留體積隨著樣品濃度而增大，這一效應(yīng)對于高克分子量的標準物可以忽略不計，但對低克分子量的樣品卻較重要。此效應(yīng)也影響到多分散樣品，峰的最大值及后沿都對樣品濃度敏感,但前沿則不受什么影響。這一效應(yīng)反映在克分子量的平均值，在注射的樣品量增大時它將顯著降低。在適于獲得合理色譜圖的最低樣品濃度下操作，可使保留體積對濃度的依賴程度減至最低;為使?jié)舛刃?yīng)減至最小，樣品的濃度需要低于5毫克/毫升,校正曲線的制定則應(yīng)使用可能的最稀溶液。濃度效應(yīng)的修正不太常見;在必須的情況下，樣品的表觀克分子量可作為濃度的函數(shù)，并外推到零點濃度而測定。Boni, Sliemers 和Stickney[48]曾建議由外推到無限稀釋的數(shù)據(jù)來建立校正曲線。
大多數(shù)GPC儀器裝備了定量閥進樣系統(tǒng)，它需要一定的時間使樣品載荷于柱上，如所預期，縮短進樣時間可增高分辨率。
研究溶劑流速對保留體積的影響時曾得出了矛盾的結(jié)果[10]。另外一個重要的因子是虹吸計數(shù)器在V n測定中的廣泛應(yīng)用。低流速時溶劑的揮發(fā)可引起誤差，而在高流速下則過早地傾卸以及傾卸期間液體繼續(xù)外流均能引起誤差。這些觀察指出，使
用虹吸計數(shù)器時需要小心，并暗示著點滴計數(shù)器更為可取。即使這一問題由仔細地設(shè)計虹吸器而消除之后，仍然可能有流速效應(yīng)，但這些通?？捎稍诘土魉傧虏僮鞫鴾p至最小。然而，這也不能走向極端，因為在非常低的流速下，過度的譜帶加寬會降低分辨率。一般說來，常規(guī)柱的流速在1.0毫升/分左右，微粒凝膠柱在4毫升/分，將使流速的效應(yīng)減至最小。在極端情況下，可將校正和測試樣品的數(shù)據(jù)均外推到零點注樣量和零點流速。如果證明需要這樣做時，改用另一種方法測定克分子量平均值也許更好。
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