傳統(tǒng)GPC價格低廉,使用簡單,但局限性非常明顯,例如其測量只能得到相對分子量等有限的信息,而忽略了高分子結構的差異,如支化、締合,構象等重要信息。
本文將結合具體案例,介紹馬爾文帕納科OMNISEC凝膠滲透色譜儀,展示其多檢測器聯(lián)用對聚合物進行的完整表征,以得到絕對分子量,特性粘度,分子尺寸(Rh和Rg),以及結構信息等。
01丨傳統(tǒng)GPC方法的局限性
凝膠滲透色譜(GPC)已經廣泛應用于聚合物的分析表征中。傳統(tǒng)GPC配備一個單獨的濃度檢測器(示差檢測器或者紫外檢測器),通過一系列已知分子量的標準樣品,建立分子量與流出時間/體積的校正曲線。然后注入待測樣品,根據校正曲線來計算樣品的相對分子量Mw,Mn,Mz及其分布和PD值。傳統(tǒng)GPC價格低廉,使用簡單,但局限性非常明顯,表現為:
得到的是相對分子量
要冗長的標定過程
忽略了高分子結構的差異,如支化、締合,構象等
只能得到有限信息
對于色譜體系的穩(wěn)定性依賴程度高
02丨多檢測器GPC的優(yōu)勢
隨著技術的發(fā)展,更多的檢測器帶來了豐富的信息:光散射檢測器,無論是MALS(多角度光散射)還是RALS/LALS(直角/小角光散射)都能以較高的準確度測試絕對分子量和分子量分布。結合粘度檢測器可以用于研究分子結構和支化。多個濃度檢測器可以用于分析共聚物中組分的質量分數。這些檢測器的聯(lián)用允許對聚合物進行的完整表征,得到絕對分子量,特性粘度,分子尺寸(Rh和Rg),以及結構信息等。
03丨案例展示
以下案例展示多檢測器GPC在四種常見的合成聚合物的分析,包括PS(聚苯乙烯),PC(聚碳酸酯),PVC(聚氯乙烯),PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
圖1顯示了四種聚合物重復兩次測試的RI譜圖以及測量的分子量的疊加,圖2顯示了分子量分布疊加圖。在相同的保留體積下,不同類型的聚合物的分子量存在明顯差異。每種聚合物具有不同的密度,在給定分子量時會在不同的保留體積洗脫,基于光散射得到的絕對分子量不受這些差異的影響。因此無論結構差異如何,都能測得準確的分子量。
圖1:四種聚合物的RI和測量的分子量的疊加圖
圖2:四種聚合物重復進樣的分子量分布疊加圖
表1給出了計算結果,包括四種聚合物的分子量(Mn、Mw和Mz),IV和Rh的平均值,以及M-H曲線的兩個參數a和log k。這些值可用于樣品之間的比較,但想要獲得結構的完整表征,有必要使用Mark-Houwink圖來查看整個分子量范圍內的IV分布。
表1: 四種不同聚合物的分子量、大小和結構
圖3顯示了結構上的差異。PMMA在圖上是z低的,而較低的IV表示較高的分子密度,表明結構更緊湊。PC具有最高的IV值,表明具有最開放的結構。PVC的密度介于PC和PS之間。
圖3:四種聚合物樣品的Mark-Houwink疊加圖
除此之外,PVC在高分子量區(qū)域IV值減小。這表明在高分子量部分存在支化。如果不使用粘度計,就不可能獲得對聚合物結構的深入了解。
在傳統(tǒng)校正中,由于聚合物樣品與標樣的密度不同,只能得到“相對標樣的"分子量。如圖2中,基于聚苯乙烯的校準將對其他三種聚合物產生錯誤的分子量結果。在普適校正中,可以通過輸入樣品的a和k值來計算樣品的真實分子量,而圖3中的PVC顯示出非線性的M-H曲線,表明前后的a和k值是不同的,也會導致分子量結果出現誤差。
結論 Conclusion
高級多檢測器GPC:OMNISEC凝膠滲透色譜儀能對高分子材料進行完整表征,是深入分析聚合物的理想技術。
高分子表征相關儀器
馬爾文帕納科提供多種高分子材料表征技術及專業(yè)的應用解決方案:
■OMNISEC 凝膠滲透色譜儀:
多檢測器獲得更多高分子材料信息
絕對分子量
Mw、Mn、Mz分子量分布PD
特性粘度IV
分子大小Rh及其分布
Mark-Houwink曲線及常數a、k
■Empyrean銳影智能X射線衍射儀:多應用測量切換無需人工干預
高分子材料的晶型鑒別、結晶度、取向度
聚合物結晶動力學
高分子長周期(SAXS)和短周期
高分子結構(SAXS)
■Epsilon 4 X射線熒光光譜儀:無損、快速的元素分析
高分子材料中的添加劑分析
高分子材料中的有毒重金屬分析(RoHS/WEEE/ELV)
■Empyrean Nano 銳影Nano版X射線散射儀:高分子X射線表征的綜合平臺
1D/2D、SAXS/WAXS 均可實現
ScatterX78專業(yè)散射模塊,可實現真空環(huán)境及變溫測試
■Mastersizer3000超高速智能粒度分析儀:精準控制粒度大小
催化劑粒度測試
填料(如炭黑)的粒度測試
注劑(如增塑劑)的粒度測試
■Zetasizer Advance 納米粒度及電位儀:多角度動態(tài)光散射
多分布樣品的高分辨率粒徑測量
監(jiān)控膠束升溫改性過程
高分子改性納米材料的粒度控制