体积排阻色谱初学者指南

我应该选择哪种色谱柱，为什么？

色谱柱的选择对于确保获得目标聚合物的正确分子量分布至关重要。

需要考虑的初始因素：溶解度

水溶性：

• Ultrahydrogel色谱柱系列

有机可溶性：

• Styragel HR色谱柱，用于高分离度分析
• Styragel HT色谱柱，用于高温分析
• Styragel HMW色谱柱，用于超高分子量聚合物

应该购买哪种溶剂来装填色谱柱，为什么？

HR、HT和HMW色谱柱可装填于以下任意溶剂：

• THF
• 甲苯
• DMF

也提供以甲醇作为溶剂进行装填的特殊色谱柱，专用于在室温条件下使用HFIP（六氟异丙醇）进行的分析。如果您的应用使用的是上述4种溶剂以外的其他溶剂，需考虑几条基本原则。如果您在某溶剂（如氯仿或二氯甲烷）中进行“室温”分析，请从THF转换至该溶剂。如果您打算在TCB、ODCB中进行高温分析工作，请在约85~90 °C下从甲苯转换至相应溶剂。如果您打算使用强极性溶剂，如DMAC（二甲基乙酰胺）或NMP（N-甲基吡咯烷酮），则请从DMF转换至相应溶剂。

现在色谱柱使用的是溶剂“A”，我能更换成溶剂“B”吗？

通常，如果两种溶剂可混溶，您可直接以0.1~0.2 mL/min的流速从一种溶剂转换为另一种溶剂（请参阅色谱柱维护和使用手册）。如果两种溶剂不可混溶，则必须使用一种中间溶剂（两种溶剂均可混溶于该溶剂）。

色谱柱应该按何种顺序串联，为什么？

一般而言，色谱柱的串联顺序并不重要。串联顺序不会影响洗脱聚合物的分子量分布计算。但是，最好始终将100 Å或50 Å色谱柱放在色谱柱组的最后，因为这些色谱柱中的苯乙烯/二乙烯基苯凝胶通常更软、耐用性更差。

GPC色谱柱应使用多高的流速？

对于内径为7.8 mm的分析柱，建议流速不要超过1.0 mL/min。这些色谱柱在大约0.70~0.80 mL/min的流速下可提供“最佳”分离度。4.6 mm内径窄径色谱柱的最佳流速为0.3~0.35 mL/min。更多详细信息参见色谱柱维护和使用手册。

启动色谱柱时，是否应逐渐增加流速和温度？

对于GPC分析色谱柱，尤其是HR系列色谱柱，必须缓慢增加流速。突然增加流速（伴随压力增加）势必将损坏色谱柱。逐渐升温则没那么重要。通常，我们以60秒间隔将流速从0.0 mL/min缓慢增加至1.0 mL/min，并在几个小时内将环境温度增加至150 °C（示例）。

如何选择色谱柱的孔径范围？

通过确定目标样品的大致分子量范围来选择孔径范围。例如，如果已知分子量范围较小（如环氧树脂），则将使用一组10³ Å、500 Å、100 Å的色谱柱（也可能使用50 Å的色谱柱）。如果目标样品是中等分子量的PVC，则使用一组10³、10⁴和10⁵ Å的色谱柱。选择针对聚合物分子量范围的单一孔径可提供最大的分离度。如果分子量范围未知或范围非常宽，则最好使用具有混合孔径的混合床（即“线性”或“扩展范围”）色谱柱。

什么是分离度，我需要多高的分离度？

在GPC分析中，分离度是指在递增的洗脱体积中分离的分子量范围。我们希望尽可能提高分离度。尽可能提高分离度最简单的方法就是添加更多色谱柱（但是，这样做也会增加分析时间）。另一种方法是使用较小的粒径（约5 μm），此法可提高分离效率。但是这样做可能会牺牲色谱柱的耐用性和使用寿命。在低聚物、添加剂、多峰分布存在的分离中，分离度可能就显得非常重要。如果样品为宽分布的高密度聚乙烯，此时分离度就可能不那么重要。

沃特世生产粒径为5 μm的高分离度色谱柱（HR系列）、粒径约10 μm的HT系列色谱柱（适用于高温工作和多溶剂切换），以及填充20 μm颗粒的HMW系列色谱柱。这些色谱柱适用于极高分子量的样品，此时剪切力是需要考虑的问题，而分离度则显得不那么重要。

什么是“窄分布”标准样？什么是“宽分布”标准样？

• “窄分布”标准样是指多分散性小于约1.10的聚合物标准样。多分散性定义为重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)之比。
• “宽分布”标准样的多分散性大于1.10，且通常与待分析样品为同种聚合物。

如果使用“窄分布”标准样，可以一次进注一个以上的标准样吗？

在采用RI检测的传统GPC中，只要洗脱的标准品组分之间有足够的分离度，则进样混合标准样是可以接受的。我们建议最多使用不超过三个标准样。如果利用先进的检测法，如粘度检测法，需要准确知道标准样的曲线下面积，此时每次只能进注一个标准样。

我的聚合物样品应使用哪种标准样？

对于大多数人来说，使用一个窄分布标准样“相对”校正足以满足要求。在这种情况下，有机GPC分析通常选择聚苯乙烯标准样，但也可以使用PMMA、聚异戊二烯、聚丁二烯和聚四氢呋喃窄分布标准样。对于水性GPC，可使用窄分布聚环氧乙烷、聚乙二醇和支链淀粉（多糖）。如果用户需要获得“真实”分子量（相对于不够理想的校正品而言），可使用与样品具有相同化学性质的宽分布标准样（或参比）。

宽分布标准样的可靠性如何？

在大多数情况下，市售的宽分布标准样已通过相应可提供合理​Mw、Mn、Mz等数据的技术得到充分表征。购买这些标准样时，可以在一定程度上信任报告值的准确性，并信任这些值是以出色的精度获得的。毕竟，您将基于这些值绘制校正曲线。分析人员也可以将实验室代表性样品（实验室中运行的典型样品）外送，以通过这些辅助技术进行分析。许多合同实验室和大学都可以执行此类分析，并为您提供希望用作宽分布标准样的样品的Mn、Mw、Mz等参数。

我可以使用Polymer Handbook（《聚合物手册》）中的K值和alpha值吗？

普适校正的概念，发展出了基于对数流体力学体积而不是对数分子量的校正，可帮助分析人员获得未知物的“绝对”分子量。绘制log [特性粘度]vs. log[分子量]的关系图，得到我们所说的“Mark-Houwink”或“粘度法则”图。曲线的斜率为alpha，截距为K（Mark-Houwink常数）。如果没有使用在线粘度计检测器，可以使用Mark-Houwink常数，前提是它们不仅适用于普适校正的窄分布标准样，还可用于未知样。在Polymer Handbook（《聚合物手册》）中查找的值必须适用于正确的目标聚合物、正确的分子量范围，且适用于所用的溶剂和操作温度。

如何制备流动相？

在大多数情况下，制备流动相只需要进行过滤步骤。溶剂应通过0.45 μm（微米）氟碳过滤器进行过滤（对于水性GPC，采用乙酸盐型过滤器）。

哪些添加剂很重要，我应该什么时候使用它们？

在某些情况下，需要使用一些流动相添加剂。例如，向DMF、DMAC和NMP等极性溶剂中添加0.05 M溴化锂。这些极性溶剂用于分析聚氨酯或聚酰亚胺等极性聚合物，会发生偶极相互作用，导致分布的高分子量端出现人为造成的肩峰。添加盐可消除这种相互作用。在聚烯烃的高温分析中，需要向每4 L流动相（例如TCB）中加入约1 g抗氧化剂（大多数受阻酚都可以）。这将有助于在进样前减少高温下样品在样品转盘中的氧化。

如何制备样品？（即，温度、时间和混合）

在尝试进行GPC分析之前，需要明确的主要问题是：我的样品可溶于哪些溶剂？沃特世最初是一家研究GPC技术的公司，我们已经为使用GPC分析过的几乎所有聚合物开发了一系列的溶剂和温度条件。样品溶解所需的时间（无论是室温还是高温）通常取决于两个因素：分子量和结晶度。聚合物的分子量越高，结晶度越高，所需的溶解时间就越长。通常，轻轻搅拌两至三个小时即可溶解样品。在某些情况下（例如，超高分子量聚乙烯）需要数小时才能溶解。请避免高速混合、超声溶解和微波溶解，除非聚合物不发生任何降解。

我应该使用什么浓度和进样体积？

根据经验，峰分子量为100,000的聚合物应在溶剂中制成浓度为约0.10%~0.12%（重量/体积）的溶液，也就是每mL溶剂中包含约1~1.2 mg样品（或标准品）。随着分子量的增加，应相应地降低浓度。高分子量聚合物（例如，重均分子量约为3,000,000）应以 < 0.02% (w/v)的浓度进行分析。另一方面，分子量在1000以下的环氧树脂可以在0.20%的浓度下运行。

在这些浓度条件下，每根7.8 × 30 mm色谱柱的最大进样体积应不超过100 μL。

联用粘度计和/或光散射检测器有哪些优势？

随着聚合物表征化学家希望获得更多有关其特定样品信息的愿望愈发增强，有越来越多的人倾向于使用“先进检测”技术。与仅使用RI相比，将粘度计与示差折光检测器联用有三个主要优势：

• 通过普适校正获得“绝对”分子量
• 可获得整个分布中的聚合物特性粘度
• 可获得与长链支化相关的支化信息

光散射检测器可帮助您获得：

“绝对”重均分子量(Mw)，而无需像粘度计那样，绘制聚合物支化信息的校正曲线回转半径。