色谱 ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (8): 812-818.DOI: 10.3724/SP.J.1123.2023.12005
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收稿日期:
2023-12-08
出版日期:
2024-08-08
发布日期:
2024-08-01
通讯作者:
*Tel:(0531)89631227,E-mail:cdqiao@qlu.edu.cn.
QIAO Congde*(), YANG Wenke, LI Zhongwei, LIU Qinze, YAO Jinshui
Received:
2023-12-08
Online:
2024-08-08
Published:
2024-08-01
摘要:
凝胶渗透色谱-光散射(gel permeation chromatography-light scatting, GPC-LS)联用是目前最常用的表征聚合物摩尔质量的方法之一,具有灵敏度高、结果准确等特点,在科学研究与生产实践中得到了广泛应用。“凝胶渗透色谱-光散射联用表征聚合物摩尔质量”是《高分子物理实验》课程中一个重要的教学内容。然而,目前的GPC-LS实验教学内容简单,缺乏深度。本文在该实验项目原有内容的基础上进行扩充,重新设计出多套实验项目:(1)选取商品化的聚苯乙烯为实验样品,利用GPC-LS对其摩尔质量、摩尔质量分布以及回转半径等分子结构参数进行表征;(2)选取两种分子结构参数接近的聚丙烯腈样品,借助质量微分分布曲线揭示这两种样品在摩尔质量分布中的细微差别;(3)选取一系列不同摩尔质量的聚乙二醇为实验样品,通过比较其色谱图分析摩尔质量的高低对色谱峰的影响;(4)选取3种不同的聚合物(聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚β-环糊精)样品,借助构象图对其分子链的构象进行分析。此外,本文对实验教学方法进行了改革,将被动学习转变为主动学习,提高了学生的自主学习能力。通过本实验项目的教学改革探索,使学生能更加全面地理解凝胶渗透色谱-光散射联用的原理及应用,开拓了学生的知识视野,激发了学生的学习热情,提升了实验教学效果。
中图分类号:
乔从德, 杨文轲, 李仲伟, 刘钦泽, 姚金水. 凝胶渗透色谱-光散射联用表征聚合物摩尔质量的实验教学改革[J]. 色谱, 2024, 42(8): 812-818.
QIAO Congde, YANG Wenke, LI Zhongwei, LIU Qinze, YAO Jinshui. Experimental teaching reform of polymer molar mass determination using gel permeation chromatography coupled with light scattering[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2024, 42(8): 812-818.
图1 (a)聚苯乙烯样品的色谱图以及(b)光散射峰中某一级分的Zimm模式图
Fig. 1 (a) Chromatograms of polystyrene sample, and (b) Zimm plot for one data slice from the LS peak LS: light scatting detection; dRI: refractive index detection. Conditions: solvent, 0.05 mol/L LiBr in DMF; flow rate, 1.0 mL/min; column temperature, 60 ℃. Results: slice index, 354; model, Zimm; fit degree, 1; abscissa position, 11.725 min; mass concentration, 0.1565 mg/mL; molar mass, (4.691±0.007)×105 g/mol; radius of gyration, (22.5 ± 0.2) nm; dn/dc, 0.159 mL/g; R2= 0.9957.
图2 聚苯乙烯样品的(a)摩尔质量-洗脱时间及(b)回转半径-洗脱时间曲线
Fig. 2 Curves of (a) molar mass versus elution time and (b) radius of gyration versus elution time for polystyrene sample Conditions: solvent, 0.05 mol/L LiBr in DMF; flow rate, 1.0 mL/min; column temperature, 60 ℃.
Molecular structural parameter | Content | Result | Uncertainty |
---|---|---|---|
Molar mass moments/(g/mol) | Mn | 1.686×105 | 0.2% |
Mp | 3.045×105 | 0.1% | |
Mw | 2.959×105 | 0.1% | |
Mz | 4.381×105 | 0.3% | |
Polydispersity | Mw/Mn | 1.755 | 0.2% |
Mz/Mn | 2.599 | 0.4% | |
Radius of gyration/nm | Rgn | 13.7 | 4% |
Rgw | 17.9 | 2% | |
Rgz | 22.2 | 1% |
表1 聚苯乙烯样品的GPC-LS测试项目及结果
Table 1 GPC-LS test items and results of polystyrene sample
Molecular structural parameter | Content | Result | Uncertainty |
---|---|---|---|
Molar mass moments/(g/mol) | Mn | 1.686×105 | 0.2% |
Mp | 3.045×105 | 0.1% | |
Mw | 2.959×105 | 0.1% | |
Mz | 4.381×105 | 0.3% | |
Polydispersity | Mw/Mn | 1.755 | 0.2% |
Mz/Mn | 2.599 | 0.4% | |
Radius of gyration/nm | Rgn | 13.7 | 4% |
Rgw | 17.9 | 2% | |
Rgz | 22.2 | 1% |
图3 两种聚丙腈样品的(a)色谱图及其(b)质量微分分布曲线
Fig. 3 (a) Chromatograms and (b) differential weight fraction curves of two polyacrylonitrile (PAN) samples Conditions: solvent, 0.05 mol/L LiBr in DMF; flow rate, 1.0 mL/min; column temperature, 60 ℃.
图4 不同摩尔质量PEG的色谱图
Fig. 4 Chromatograms of polyethylene glycol with different molar masses Conditions: solvent, 0.1 mol/L NaNO3 and 0.2 g/L NaN3 in water; flow rate, 0.5 mL/min; column temperature, 35 ℃.
Label Mw/(g/mol) | Determined Mw/(g/mol) | Uncertainty |
---|---|---|
1000 | 1260 | 13% |
2000 | 2210 | 12% |
4000 | 4450 | 12% |
6000 | 7760 | 9% |
10000 | 8130 | 10% |
20000 | 17430 | 6% |
表2 不同摩尔质量PEG的测试结果
Table 2 Determination results of polyethylene glycol with different molar masses
Label Mw/(g/mol) | Determined Mw/(g/mol) | Uncertainty |
---|---|---|
1000 | 1260 | 13% |
2000 | 2210 | 12% |
4000 | 4450 | 12% |
6000 | 7760 | 9% |
10000 | 8130 | 10% |
20000 | 17430 | 6% |
图5 不同聚合物样品的回转半径与摩尔质量间的标度关系
Fig. 5 Scaling relationship between radius of gyration and molar masses for different polymer samples PMMA: polymethyl methacrylate; poly(β-CD): poly(β-cyclodextrin). Conditions: solvent, 0.05 mol/L LiBr in DMF; flow rate, 1.0 mL/min; column temperature, 60 ℃.
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