凝胶色谱实验报告cl.docxVIP

实验报告专业：化学工程与工艺姓名：田小彤学号：3120104271日期：地点：教十3009课程名称：高分子物理实验指导老师：成绩：实验名称：汽液平衡数据的测定实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、 实验目的和要求1、了解凝胶渗透色谱的测量原理，初步掌握GPC的进样、淋洗、接收、检测等操作技术。2、掌握分子量分布曲线的分析方法，得到样品的数均分子量、重均分子量和多分散性指数。二、实验装置与原理1、分离机理GPC是液相色谱的一个分支，其分离部件是一个以多孔性凝胶作为载体的色谱柱，凝胶的表面与内部含有大量彼此贯穿的大小不等的空洞。色谱柱总面积Vt由载体骨架体积Vg、载体内部孔洞体积Vi和载体粒间体积V0组成。GPC的分离机理通常用“空间排斥效应”解释。待测聚合物试样以一定速度流经充满溶剂的色谱柱，溶质分子向填料孔洞渗透，渗透几率与分子尺寸有关，分为以下三种情况：（1）高分子尺寸大于填料所有孔洞孔径，高分子只能存在于凝胶颗粒之间的空隙中，淋洗体积Ve=V0为定值；（2）高分子尺寸小于填料所有孔洞孔径，高分子可在所有凝胶孔洞之间填充，淋洗体积Ve=V0+Vi为定值；（3）高分子尺寸介于前两种之间，较大分子渗入孔洞的几率比较小分子渗入的几率要小，在柱内流经的路程要短，因而在柱中停留的时间也短，从而达到了分离的目的。当聚合物溶液流经色谱柱时，较大的分子被排除在粒子的小孔之外，只能从粒子间的间隙通过，速率较快；而较小的分子可以进入粒子中的小孔，通过的速率要慢得多。经过一定长度的色谱柱，分子根据相对分子质量被分开，相对分子质量大的在前面（即淋洗时间短），相对分子质量小的在后面（即淋洗时间长）。自试样进柱到被淋洗出来，所接受到的淋出液总体积称为该试样的淋出体积。 当仪器和实验条件确定后，溶质的淋出体积与其分子量有关，分子量愈大，其淋出体积愈小。分子的淋出体积为：Ve=V0+KVi (K为分配系数0K1，分子量越大越趋于1) (1)对于上述第（1）种情况K=0，第（2）种情况K=1，第（3）种情况0Ka与lgMb时，曲线与纵轴平行，说明此时的淋洗体积与试样分子量无关。V0+ViV0是凝胶选择性渗透分离的有效范围，即为标定曲线的直线部分，一般在这部分分子量与淋洗体积的关系可用简单的线性方程表示：lgM=A+BVe (2)式子中A、B为常数，与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关，其数值可由校正曲线得到。对于不同类型的高分子，在分子量相同时其分子尺寸并不一定相同。用PS作为标准样品得到的校正曲线不能直接应用于其他类型的聚合物。而许多聚合物不易获得再分布的标准样品进行标定，因此希望能借助于某一聚合物的标准样品在某种条件下测得的标准曲线，通过转换关系在相同条件下用于其它类型的聚合物试样。这种校正曲线称为普适校正曲线。根据Flory流体力学体积理论，对于柔性链当下式成立时两种高分子具有相同的流体力学体积，则有下式成立： （3）再将Mark-Houwink方程代入上式可得： （4）由此，如已知在测定条件下两种聚合物的K、值，就可以根据标样的淋出体积与分子量的关系换算出试样的淋出体积与分子量的关系，只要知道某一淋出体积的分子量M1，就可算出同一淋出体积下其它聚合物的分子量M2。4.柱效率和分离度与其他色谱分析方法相同，实际的分离过程非理想，同分子量试样在GPC上的谱图有一定分布，即使对于分子量完全均一的试样，其在GPC的图谱上也有一个分布。采用柱效率和分离度能全面反映色谱柱性能的好坏。色谱柱的效率是采用“理论塔板数”N进行描述的。测定N的方法使用一种分子量均一的纯物质，如邻二氯苯、苯甲醇、乙腈和苯等作GPC测定，得到色谱峰如图3所示。 从途中得到峰顶位置淋出体积VR，峰底宽W，按照下式计算N：N=16(VR/W)2 （5）对于相同长度的色谱柱，N值越大意味着柱子效率越高。GPC柱子性能的好坏不仅看柱子的效率，还要注意柱子的分辨能力，一般采用分离度R表示：R=2(V2-V1)/(W1+W2) （6）如图3所示的完全分离情形，此时R应大于或等于1，当R小于1时分离是不完全的。为了相对比较色谱柱的分离能力，定义比分离度Rs，它表示分子量相差10倍时的组分分离度，定义为：Rs=2(V2-V1)/(W1+W2)(lg Mw1-lg Mw2) （7）三、 主要仪器设备1仪器Waters 1515 Isocratic HPLC型凝胶色谱仪（带有示差折光检测装置，B型号色谱管2），如图4所示。凝胶色谱仪主要由输液系统、进样器、色谱柱（可分离分子量范围21022106）、示差折光仪检测器、记录系统等组成。图4. Waters 1515 Isocratic HPLC型凝胶色谱仪2试剂质量分数为3的聚苯乙烯溶液试样、一系列不同分子量的窄分布聚苯乙烯溶液、四氢呋喃。四、操作方法和实验步骤1. 调试运行仪器：选择匹配的色谱柱，在实验条件下测定校正曲线（一般是40C）。这一步一般有任课老师事先准备。2. 配制试样溶液：使用纯化后的分析纯溶剂配制试样溶液，浓度3。使用分析纯溶剂，需经过分子筛过滤，配置好溶液需静置一天。这一步一般有任课老师事先准备。3.用注射器吸取四氢呋喃，进行冲洗，重复几次。然后吸取5mL试样溶液，排除注射器内的空气，将针尖擦干。将六通阀扳到“准备”位置，将注射器插入进样口，调整软件及仪器到准备进样状态，将试样液缓缓注入，而后迅速将六通阀扳到“进样”位置。将注射器拔出，并用四氢呋喃清洗。抽取试样时注意赶走内部的空气；试样注入至调节六通阀至INJECT的过程中注射器严禁抽取或拔出。在注入试样时，进样速度不宜过快。速度过快，可能导致定量环内靠近壁面的液体难以被赶出，而影响进样的量；稍慢可以使定量环内部的液体被完全平推出去。4. 获取数据。5. 实验完成后，用纯化后的分析纯溶剂流过清洗色谱柱。五、 实验数据记录和实验结果分析处理实验参数：色谱柱: _可分离分子量范围21022106_ 内部温度:_ 外加热器温度:_ 流量:_进样体积: _0.1_mLGPC仪都配有数据处理系统，同时给出GPC谱图（如图5）和各种平均分子量和多分散系数。图5. GPC仪器给出宽分布未知样色谱图。切片面积对淋出体积（时间）作图得到样品淋出体积与浓度的关系，以切片分子量对淋出体积（时间）作图得到淋出体积与分子量的关系。记i为切片数，Ai为切片面积，则第i级分的重量分率wi为第i级分的重量累计分数Ii为数均分子量Mn为=93857重均分子量Mw为=100719分散度d为=1.073以Ii对Mi作图，得到积分分子量分布曲线；以wi对Mi作图，得到微分分子量分布曲线 六、问答题1、GPC方法测定分子量为什么属于间接法？总结一下测定分子量的方法，哪些是绝对方法？哪些是间接方法？其优缺点如何？GPC测定分子量是通过柱子时候根据分子的分子大小进行出峰的，分子量大的比较早出峰，也就是说分子比较大的物质在GPC柱子上不能通过，通不过的分子就被检测出来出峰，根据出峰的情况和标准测定液体分子量相对比得到近似的分子量；这个分子量不是绝对的，这是因为GPC测定的实际上是分子的大小而不是分子量得大小，当然也可以近似认为分子大的分子量大；究竟他们的关系如何，用GPC就不能确定了，只能通过标准液体的分子量来进行对比，这个结果是相对的，不是绝对的。绝对法给出的实验数据可分别用来计算分子的质量和摩尔质量而不需要有关聚合物结构的假设，包括依数性方法、散射方法、沉降平衡法以及体积派出色谱。等价法需要高分子的结构信息。相对法依赖于溶质的化学结构、物理形态以及溶质、溶剂之间的相互作用。主要有稀溶液粘度法和体积排除色