液相干貨分享 | 如何正確測量聚合物的分子量

當(dāng)我們從上游廠家買回一批聚合物樣品時，測得的分子量卻與廠家提供的不同，那這是怎么回事呢？

在弄清楚原因之前，不妨先來一起學(xué)習(xí)下凝膠滲透色譜/體積排阻色譜（ GPC/SEC ）的基本原理和應(yīng)用。GPC 色譜柱為多孔填料，當(dāng)樣品與填料無吸附、排斥等相互作用時，分子體積越大的組分能夠穿過的孔越少，行走的路程越短，也就越早從色譜柱中洗脫出來。

根據(jù) GPC 應(yīng)用的方向，通?？梢詺w納為以下三種：

• 樣品前處理（去除大分子基質(zhì)）

• 組分分離定量

• 聚合物分子量/結(jié)構(gòu)檢測

表1. GPC 三種應(yīng)用方向?qū)Ρ?/span>

使用 GPC 來測量聚合物分子量和分子量分布，除了將不同聚合度的組分分離之外，我們還需要另外兩點信息：不同保留時間流出組分的濃度和分子量。濃度的信息可以通過濃度型檢測器得到，如示差折光檢測器和紫外檢測器。

各保留時間流出組分的分子量信息的得到卻不是特別容易，常規(guī) GPC 是選用一組不同分子量的窄分子量分布標(biāo)準(zhǔn)品，來對色譜柱進(jìn)行標(biāo)注，得到保留時間 - 分子量的曲線，再由校正曲線來計算樣品的分子量。常用的標(biāo)準(zhǔn)品種類很少，如果標(biāo)準(zhǔn)品和樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，得到的樣品分子量就不是樣品的分子量，而是相對于標(biāo)準(zhǔn)品的相對分子量。

由此看來，標(biāo)準(zhǔn)品的選擇是造成計算結(jié)果差異的可能原因之一。為了解決這部分帶來的差異，確認(rèn)與上游產(chǎn)家使用相同的標(biāo)準(zhǔn)品類型。當(dāng)然如果上游廠家與我們都能得到樣品的準(zhǔn)確分子量，也可以減小數(shù)據(jù)的差異，普適校正是一種方式。普適校正就是通過 Mark-Houwink 方程和 Flory 特性粘度理論，建立起分子量與分子體積的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而建立保留時間 - 分子體積的曲線。

說起來有些復(fù)雜，操作很簡單，只需要在 GPC 軟件輸入樣品和標(biāo)樣的兩個參數(shù) K，α 就可以了。但這種方法不適用于所有樣品，比如不同支化程度的樣品是無法查到其在不同溶劑/溫度下的K，α。

還有一個更加直接得到分子量的方式，就是使用靜態(tài)激光光散射檢測器，根據(jù)瑞利散射原理直接得到樣品的分子量；如果再搭配特性粘度檢測器，可同時得到樣品的特性粘度信息，建立 Mark-Houwink 曲線，用于判斷樣品的支化情況。

圖為不同支化程度樣品通過 Agilent 激光光散射-示差-粘度三檢測器聯(lián)用 GPC 得到的 Mark-Houwink 曲線（藍(lán)色、紅色、綠色曲線對應(yīng)樣品的支化度依次增高） 

除了標(biāo)準(zhǔn)品的選擇以外，色譜柱的選擇、校正曲線的擬合次數(shù)以及積分起終點的判斷等都可能引起結(jié)果的差異。