内容发布更新时间 : 2024/5/2 19:40:13星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

教 案

授课题目 首次授课时间 教学目标 GPC法测定聚合物的分子量及分子量分布 授课类型 学 时 实验课 1. 了解凝胶渗透色谱法（GPC）的基本原理。 2. 掌握GPC法测定聚合物的分子量及分子量分布的实验技术。 3. 初步掌握Waters 1515-2414型凝胶渗透色谱的进样、数据处理等基本操作。 重点：凝胶渗透色谱仪的操作 难点：凝胶渗透色谱的工作原理 教学手段——讲述 教学方法——指导练习法 重点与难点 教学手段与方法 教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等） ? 授课思路 凝胶渗透色谱法（gel permeation chromatography,GPC）是利用高分子溶液通过填充有特种凝胶的柱子把聚合物分子按尺寸大小进行分离的方法。GPC是液相色谱，能用于测定聚合物的分子量及分子量分布，也能用于测定聚合物内小分子物质、聚合物支化度及共聚物组成等，以及作为聚合物的分离和分级手段。 聚合物的分子量及分子量分布是聚合物性能的重要参数之一，它对聚合物的物理性能影响很大。通过GPC法可实现对分子量及其分布的快速自动测定。因此，GPC至今已成为聚合物材料一种必不可少的分析手段。 ? 过程设计及时间分配 1. 复习、引导（5分钟） 2. 实验目的与实验原理（10分钟） 3. 仪器与药品介绍（5分钟） 4. 实验步骤（10分钟） 5. 注意事项（5分钟） 6. 指导学生独立完成实验 ? 讲解要点及各部分具体内容 一、实验目的 1. 了解凝胶渗透色谱法（GPC）的基本原理。 2. 掌握GPC法测定聚合物的分子量及分子量分布的实验技术。 3. 初步掌握Waters 1515-2414型凝胶渗透色谱的进样、数据处理等基本操作。 二、实验原理 GPC的工作原理有各种说法，比较流行的是体积排除理论，因此GPC技术又被赋予另一个名字——体积排除色谱（size exclusion chromatography,SEC）。 GPC法分离聚合物与沉淀分级法或溶解分解法不同。聚合物分子在溶液中依据其分子链的柔性及聚合物分子与溶剂的相互作用，可取无规线团、棒状或球体等各种构象，其尺寸大小与其分子量大小有关。GPC法是利用不同尺寸的聚合物分子在多孔填料中孔内外分布不同而进行分离分级，而沉淀分级法或溶解分级法是依据溶解度与聚合物的分子量相关性分级。 在GPC 分离的核心部件色谱柱内装有多孔性填料（称为凝胶或多孔微球），其孔径大小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。当被分析的样品随着淋洗溶剂（流动相）进入色谱柱后，体积很大的分子不能渗透到凝胶空穴中而受到排阻，最先流出色谱柱；中等体积的分子可以渗透凝胶的一些大孔，而不能进入小孔，产生部分渗透作用，比体积大的分子流出色谱柱的时间稍后；较小的分子能全部渗入凝胶内部的孔穴中，而最后流出色谱柱。因此，聚合物淋出体积与其分子量有关，分子量越大，淋出体积越小。 色谱柱的总体积Vt包括三部分 Vt=Vg+ V0+Vi 式中，Vg为填料的骨架体积；V0为填料微粒紧密堆积后的粒间空隙；Vi为填料孔洞的体积；（V0+Vi）是聚合物分子可利用的空间。由于聚合物分子在填料孔内、外分布不同，故实际可利用的空间为 V= V0+K Vi 式中，K为分布系数，其数值0≤K≤1，与聚合物分子尺寸大小和在填料孔内、外的浓度比有关。当聚合物分子完全排除时，K=0，在完全渗透时，K=1。尺寸大小（分子量）不同的分子有不同的K值，因此又不同的淋出体积Ve。当K=0时，Ve= V0，此处所对应的聚合物分子量，是该色谱柱的渗透极限（PL），聚合物分子量超过PL值时，只能在V0以前被淋洗出来，没有分离效果。实验表明，聚合物分子尺寸（常以等效球体半径表示）与分子量有关，淋出体积与分子量可以表示为 Ve= f(lgM) 这一函数关系通常可展开为一个多项式的校正方程 lgM = a0 + a1 Ve + a0 Ve2 +… 通常用一个线性方程表示色谱柱可分离的线性标定后可求得。 通过使用一组单分散性分子量不同的试样作为标准样品，分别测定它们的淋出体积Ve和分子量，做lgM对Ve直线，可求得特性常数A和B。这一直线就是GPC的校正曲线。待测聚合物被淋洗通过GPC柱时，根据其淋出体积，就可从校正曲线上算得相应的分子量。 三、仪器和试剂 1. 仪器： 容量瓶（10 ml） 凝胶渗透色谱仪 2. 试剂： N,N-二甲基甲酰胺 聚丙烯腈 6个 1台 色谱纯 宽分布样品 移液管 烧杯 聚甲基丙烯酸甲酯 1个 2个 窄分布标样 四、实验步骤 美国产Water Breeze凝胶渗透色谱仪是一部集成化、自动化和快速化测量分子量及其分布的先进仪器，仪器的主要部件及其作用为：①1515HPLC泵，溶剂传输系统，可以恒比例洗脱；②717plus自动进样器，用于48⑷或96⑵盘位自动进样；③Styragel色谱柱，由HR1、HR3和HR4（尺寸为7.8mm×300mm）3种型号串联，可分离不同分子量的聚合物样品；④柱温箱，保持柱温恒定；⑤2417示差检测器，用于连续监测参比池中溶液的折射率之差，得出样品浓度；⑥计算机，控制各种参数（如柱温、流量等），记录和分析实验数据结果。 整个实验包括实验准备工作、建立样品组及运行、实验数据处理3部分，主要采用计算机操作。 一、准备工作 1． 溶剂准备 所用溶剂通常需经过蒸馏除去杂质，使用前，还需经过脱气排除溶解在溶剂中的氧气和氮气。所用溶剂的量通常为每个样品需150ml左右。脱气后的溶剂倒入溶剂瓶中，并确认管路中无气泡，否则，要打开泵的排气阀进行排气。 2.样品准备 将标准聚苯乙烯样品和未知聚苯乙烯试样完全溶解在四氢呋喃溶剂中，通常为每10mg样品溶解在1ml溶剂中。然后使用过滤头过滤除去固体颗粒，将滤液注入样品管中，并在样品管上贴上标签，注明样品的编号。 3.开机 打开计算机，开启仪器各部件的电源开关，待各部件自检完毕后，计算机上将出现操作界面。 4.放置样品 打开自动进样器盖子，待进样器所发出的响声停止后，取出样品盘，将样品按顺序从1号开始放入样品盘中，再将样品盘放回自动进样器。 5.设定参数 柱温，40℃；流量，1ml/min。 二、建立样品组与运行 1. 建立样品组 在样品组（Sample Quene）界面下，单击“Open Sample Set Method”,从列表中选择“My Sample Set”,然后单击“Open”，一个样品组方法将出现在“Sample Quene”工作区中，在此基础上修改，确保输入的信息正确后，从“File”菜单中选择“Save Sample Set Method”,在“Name”文本框中输入样品组方法的名称（如“ABC”），然后单击“Save”。 2. 运行方法 单击采集栏中的“Run Current Sample Set Method”,将出现“Run Sample Set”对话框，在“Name for this Sample Set”中输入样品组名，在“Settings for this Sample Set”中选择“Run Only”,则该方法开始运行，“Sample Quene”工作区将切换到“Running”表，而当前正在运行的样品组将显示为红色。 按照以上方法分别测定标准聚苯乙烯样品组和未知聚苯乙烯试样样品组的数据。 三、实验数据处理 1. 建立处理方法 在主菜单界面上单击命令栏中的“Find Data”，将出现查找数据的界面。这时，在“Sample Set”下选取要处理的样品所在的样品组，双击。选最小分子量的标准样品数据双击，再双击，出现对话框，按“Yes”后界面将出现该标样的色谱图。单击“Processing Parameters Wizard”,又出现一个对话框，单击“Start New Processing Parameters”后按“OK”。使用鼠标左键，放大所关注的色谱峰，选择合适的积分参数，在以后出现的对话框分别选择“Relative”和“5th Order”,在“Method Name”中输入所建方法的文件名（如XYZ,下文将用XYZ文件名为例），然后单击“Finish”，并从“File”菜单中选择“Save all”存储该方法。 2. 建立校正曲线 单击命令栏上的“Find Data”，在“Sample Set”下选中要处理的标准样品所在的样品组，双击。选择所需处理的所有标准样品数据，单击，出现图示的画面，然后进行如下的操作。 在“Use specified method”对话框内选择刚建立的处理方法名（XYZ），按“OK”，则建立了一条校正曲线。在“Result”下按“Update”,则出现刚处理的标准样品名，双击。则出现该标样的色谱图，单击，出现该标样的保留时间，单击，出现该标样的分子量信息。如对自动积分的结果不满意，可以单击curve”，进行调整。单击（Processing Parameters Wizard）,选择“keep the calibration 即可看到整条校正工作曲线。 3. 处理样品 单击命令栏上的“Find Data”，在 “Sample Set”下选中要处理的未知聚苯乙烯试样所在的样品组，双击。选择所需处理的样品数据，单击，在“Use specified method”对话框内选择所需的处理方法名（XYZ），按“OK”。在“Result”下按“Update”，则出现刚处理的未知聚苯乙烯试样样品名，双击，出现该样品的色谱图，点击，出现该样品的保留时间，点击，出现 该样品的积分结果，即所需的分子量分布的信息。如对自动积分的结果不满意，可以 单击（Processing Parameters Wizard），选择“keep the calibration curve”，进行调整。 4. 打印报告 单击命令栏上的“Find Data”， 在“Result”下选择已处理好需要打印的未知聚苯乙烯试样样品，按，在出现的对话框中选择“Broad unknown universal”报告格式，按“Print”,选择页数范围，按“OK”。 四、注意事项 1. 保证溶剂的相溶性，避免使用对不锈钢有腐蚀性的溶剂。 2. 由于每个样品的进样是在其整个测试（一般为45min）过程的前5min，因此严禁在此时取出样品盘。 3. 严格按照实验操作步骤操作，通常在样品测试过程中，学生只用“Find Data”，“View Data”和“Sample Quene”命令栏的命令，其它命令栏应在老师指导下操作。 4. 对仪器的维护和保养进行记录。 思考题 1. GPC的分离机理与气相色谱的分离机理有什么不同？ 2. 温度、溶剂的优劣对高聚物色谱图的位置有什么影响？ 3. 讨论进样量、色谱住的流速对实验结果有无影响？ 同样分子量的样品，支化度大的分子和线型分子哪个先流出色谱柱？