凝膠滲透色譜也稱為體積排除色譜或尺寸排除色譜，是液相色譜的一個(gè)分支，是高聚物表征的重要方法之一。

1 基本概念

1.1高聚物的平均分子量

合成聚合物都是以單體為原料經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)而制得的，每個(gè)聚合物分子都是由數(shù)目很大的單體分子加成或縮合而成，所以合成聚合物的分子量比單體要大百倍、千倍甚至上萬(wàn)倍，而且生成的聚合物的分子量是不均一的，也就是說(shuō)每個(gè)聚合物分子可以由不同數(shù)目的單體分子聚合而成，所以各聚合物的分子量是不相等的，這種現(xiàn)象叫做聚合物的分子量的不均一性或多分散性。對(duì)這樣一個(gè)多分散的體系來(lái)說(shuō)，我們要表征它的分子量就需要用統(tǒng)計(jì)的方法，求出試樣分子量的平均值和分子量分布。由于應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法的不同，即使對(duì)同一個(gè)試樣，也可以有許多不同種類的平均分子量，幾種最常用的平均分子量為：Mn（數(shù)均分子量）；Mw（重均分子量）；Mz（Z均分子量）；Mz+1（Z+1均分子量）；Mp（峰位分子量）；Mη（粘均分子量）。一般情況下，多分散樣品的平均分子量有以下次序：Mz＞Mw＞Mη＞Mn。

2 凝膠滲透色譜

2.1凝膠滲透色譜（GPC）的意義

高聚物的分子量及其分布是高聚物最基本的參數(shù)之一。高聚物的許多性質(zhì)，例如沖擊強(qiáng)度、模量、拉伸強(qiáng)度、耐熱、耐腐蝕性都與高聚物的分子量和分子量分布有關(guān)。在相對(duì)分子質(zhì)量分布（多分散性指數(shù)）成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)后，由于經(jīng)典方法在測(cè)定聚合物的相對(duì)分子量時(shí)不能同時(shí)測(cè)定聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量分布而GPC改善了測(cè)試條件，可以同時(shí)測(cè)定聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布情況，故1964年GPC出現(xiàn)后獲得了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

2.2分離原理

GPC/SEC的分離機(jī)理比較復(fù)雜，目前有體積排除理論、擴(kuò)散理論和構(gòu)象熵理論等幾種解釋，其中最有影響力的是體積排除理論。GPC/SEC的固定相是表面和內(nèi)部有著各種各樣、大小不同的孔洞和通道的微球，可由交聯(lián)度很高的聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、葡萄糖和瓊脂糖的凝膠以及多孔硅膠、多孔玻璃等來(lái)制備。當(dāng)被分析的聚合物試樣隨著溶劑引入柱子后，由于濃度的差別，所用溶質(zhì)分子都力圖向填料內(nèi)部孔洞滲透。較小的分子除了能進(jìn)入較大的孔外，還能進(jìn)入較小的孔；較大的分子就只能進(jìn)入較大的孔；而比最大的孔還要大的分子就只能停留在填料顆粒之間的空隙中。隨著溶劑洗提過(guò)程的進(jìn)行，經(jīng)過(guò)多次滲透-擴(kuò)散平衡，最大的聚合物分子從載體的粒間首先流出，依次流出的是尺寸較小的分子，最小的分子最后被洗提出來(lái)，從而達(dá)到依高分子體積進(jìn)行分離的目的，得出高分子尺寸大小隨保留時(shí)間（或保留體積VR、淋出體積Ve）變化的曲線，即分子量分布的色譜圖。高分子在溶液中的體積決定于相對(duì)分子量、高分子鏈的柔順性、支化、溶劑和溫度，當(dāng)高分子鏈的結(jié)構(gòu)、溶劑和溫度確定后，高分子的體積主要依賴于相對(duì)分子量。基于上述理論，GPC/SEC的每根色譜柱都是有極限的，即：排阻極限和滲透極限。排阻極限是指不能進(jìn)入凝膠顆粒孔穴內(nèi)部的最小分子的分子量，所有大于排阻極限的分子都不能進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，直接從凝膠顆粒外流出，不但達(dá)不到分離的目的還有堵塞凝膠孔的可能；滲透極限是指能夠完全進(jìn)入凝膠顆粒孔穴內(nèi)部的最大分子的分子量，如果兩種分子都能全部進(jìn)入凝膠顆粒孔穴內(nèi)部，即使它們的大小有差別，也不會(huì)有好的分離效果。所以，在使用GPC/SEC測(cè)定相對(duì)分子量時(shí)，必須首先選擇好與聚合物相對(duì)分子量范圍相配的色譜柱。對(duì)一般色譜分辨率和分離效率的評(píng)定指標(biāo)，在凝膠滲透色譜中也被沿用。

2.3GPC柱的填料

GPC是以有機(jī)溶劑（氯仿，THF,DMF)等為流動(dòng)相，與之相匹配的填料是疏水性的，其分離對(duì)象一般是油溶性的高分子物質(zhì)，填料的粒度及粒度分布、孔徑或孔徑分布以及孔容是基本參數(shù)。根據(jù)凝膠的材料來(lái)源可以把它們分為有機(jī)和無(wú)機(jī)凝膠兩大類。

2.3.1有機(jī)凝膠

交聯(lián)聚苯乙烯是一種應(yīng)用很廣的有機(jī)凝膠，它是苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，一般以懸浮聚合或分散聚合方式制成苯乙烯-乙烯基苯多孔微球，以致孔劑制出所需孔徑和孔容。這類凝膠的特點(diǎn)是孔徑分布比較寬，分子量分離范圍比較大，且柱效高。主要用于非極性有機(jī)溶劑，丙酮、乙醇一類極性溶劑不能應(yīng)用。在有機(jī)溶劑中，有機(jī)凝膠通常都處于溶脹狀態(tài)對(duì)不同的溶劑溶脹因子各不相同，因此不能在柱中直接更換溶劑，進(jìn)樣時(shí)也不能帶進(jìn)大量不良溶劑和空氣。

2.3.2無(wú)機(jī)凝膠

在無(wú)機(jī)基質(zhì)材料中最重要最基本的是硅膠，多孔硅膠的特點(diǎn)是化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度好，使用壽命長(zhǎng)，可在柱中直接更換溶劑。以硅膠為基質(zhì)的無(wú)機(jī)凝膠的最大問(wèn)題是其表面殘余硅羥基所導(dǎo)致的“二級(jí)效應(yīng)”，它會(huì)使GPC譜圖復(fù)雜化。為解決這一問(wèn)題，通常通過(guò)與小分子硅烷化試劑的作用，盡可能地將表面殘余的硅羥基加以覆蓋。由于多孔硅膠的機(jī)械強(qiáng)度很高，因此在交聯(lián)聚苯乙烯凝膠之后，細(xì)粒度的多孔硅膠已經(jīng)發(fā)展成為一種很好的高速、高效凝膠色譜填料。

多孔玻璃是一類和多孔硅膠很相似的無(wú)機(jī)凝膠，它是堿性硼硅酸鹽玻璃經(jīng)高溫分相，再用酸洗去堿性可溶相的產(chǎn)物。它的優(yōu)點(diǎn)是可以做到孔徑分布很窄，對(duì)某一分子量范圍的分離特別有效，選擇性強(qiáng)；孔性結(jié)構(gòu)好有利于試樣分子的傳質(zhì)過(guò)程。缺點(diǎn)是質(zhì)脆易碎，柱子裝填不緊，柱效低。

2.4流動(dòng)相

做GPC檢測(cè)時(shí)首先要考慮被測(cè)樣品的溶解情況，以此確定流動(dòng)相，還要考慮柱子的測(cè)試范圍，應(yīng)使被測(cè)物分子量落在柱子的分子量-淋出曲線線性部分之內(nèi)，若柱子范圍太窄則可考慮將不同規(guī)格的柱子串聯(lián)使用。對(duì)于適用于GPC儀器的每一根柱子都會(huì)配有詳細(xì)的使用說(shuō)明，使用之前應(yīng)認(rèn)真閱讀，嚴(yán)格遵從，特別值得注意的是嚴(yán)禁超壓（超流量），否則會(huì)降低柱效、損毀柱子。

3 其它應(yīng)用

3.1在藥物、化工原料等質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

藥物通常由不同尺寸的組分構(gòu)成。從理論上講，對(duì)于一個(gè)給定品牌的藥物，在一定色譜條件下，其GPC譜圖猶如人的指紋一樣具有特征性。通過(guò)比較兩個(gè)樣品GPC譜圖的異同，可確定它們是否屬同一品牌。同樣道理GPC可用于化工原料的質(zhì)量檢測(cè)，此時(shí)無(wú)需計(jì)算出原料的相對(duì)分子量及分子量分布，直接由合格品與新進(jìn)原料的GPC色譜圖對(duì)比即可準(zhǔn)確判斷，此法簡(jiǎn)單、方便，對(duì)于控制終端產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性具有重要意義。

3.2在農(nóng)藥殘留分析前處理中的應(yīng)用

農(nóng)藥殘留分析是對(duì)復(fù)雜基質(zhì)中的痕量組分進(jìn)行分析，其過(guò)程主要包括樣品前處理和測(cè)定兩部分。樣品前處理過(guò)程的難點(diǎn)是要將多種農(nóng)藥痕量組分同時(shí)提取，并有效地去除雜質(zhì)，同時(shí)又要保持較高的回收率，并且直接關(guān)系到農(nóng)藥殘留分析的準(zhǔn)確度和靈敏度。GPC由于其自身的特點(diǎn)在農(nóng)藥殘留分析前處理中起到了重要的作用，能把農(nóng)藥殘留物從各種復(fù)雜基質(zhì)中分離出來(lái)。GPC技術(shù)作為一種樣品前處理的手段，在國(guó)外應(yīng)用已較普通，這方面的研究報(bào)道也很多。

總之，GPC在用于測(cè)定高聚物分子量及其分子量分布的情況時(shí)要注意選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法，GPC還可用于農(nóng)藥殘留分析的前處理、藥物、化工料料等方面的質(zhì)量檢測(cè)，用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理使用GPC。