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凝胶色谱的研究动向

2021.10.11

  凝胶色谱的大量研究工作仍是多方面的,其中仪器、填料、联用技术、色谱理论等方面的进展是和整个液体色谱的进展相关的。但是下面四个研究动向意义较大,值得注意。

  通过与其他仪器联用,解决凝胶色谱法测定高聚物分子量分布从相对法向绝对法过渡。测定高聚物分子量分布是凝胶色谱最重要的应用。试样先根据分子体积(即分子量)分离后再检测各组分的分子量及含量。在凝胶色谱中试样的分离是在色谱柱中进行的,被分离后的组分在流出柱子时就同时连续地用浓度检测器和分子量检测器分别检侧各组分的浓度和分子量,把两个检测器的输出讯号用记录仪记录后即得反映分子量分布的凝胶色谱曲线。过去由于没有比较灵敏和瞬时响应的分子量检测器,因而利用一组不同分子量的标样来标定色谱柱,然后从分子量淋出休积的标定曲线来作数据换算。这种用相对方法来检测分子量虽然暂时解决了问题,但是随之而来的是实验工作量增加以及数据处理方法上存在困难。实验数据的可靠性在很大程度上决定于标定曲线、标样分子量数值以及数据处理方法的可靠性。其中色谱柱分离效率不理想所引起的色谱峰加宽效应的改正,不但实验方法比较烦琐,而且数据处理也比较复杂,需要用电子计算机来计算。所以虽然文献中已经推荐许多据说是比较满意的计算方法,但这总不是一个根本解决的方法。只有真正找到绝对分子量检测器,问题才算较好解决。原有的许多分子量测定方法,由于不能做到足够灵敏的瞬时响应而未能成功地在凝胶色谱上应用。

  Ouano用激光小角光散射仪(LALLS)来作分子量检测器得到比较好的结果。实验数据不需要标定曲线,也不必进行峰加宽改正。

  由于激光的准直性较好,强度较大,可以允许在较小的角度下测量较稀溶液的散射光强,由此可以直接计算出重均分子量的近似值而不需要象经典光散射那样实验数据还要对浓度和散射角度向零作双外推。实验上,凝胶色谱仪和激光小角光散射仪联用后,还可与计算机直接联接进行数据处理。在一次实验进行完毕后,所需要的数据可全部立即取得。GPC-LALLS似乎得到更合理的数值。激光小角散射仪已开始商品化,预计不久将会有更多的研究工作,来说明已经在何种程度上解决了凝胶色谱的相对测定过渡到绝对测定。凝胶色谱中的浓度检测器和通常的液体色谱一样仍然是一个薄弱环节,继续在寻找更理想的检测器。目前最常用的仍然是示差折光检测器和紫外检测器。

  Hoffmann和Urban用自动浊度滴定装置来作浓度检测器也收到一定效果,特别对二元共聚中测定分子量分布和组成分布,效果比较显著。Jorgenson等用光散射法侧定淋出溶质的沉淀,也证明是一个较灵敏的方法。Francois等用密度计来检侧浓度,提供了另一条通用性检测器的途径。其他如质谱和原子吸收光谱也都能与凝胶色谱联用。随着应用的扩大,凝胶色谱可以用于测定高聚物长支链的支化度。

  高效凝胶色谱

  在整个液体色谱领域里,高效液体色谱取代经典的液体色谱的趋势是非常迅速的。这是由于色谱理论、填料制备技术和仪器合理设计三方面联合发展的必然结果。凝胶色谱向高效阶段发展就其本身来说,又是一次意义较大的进展,因为凝胶色谱虽然具有许多优点,但是它一直被认为是一种分离效率比较低、色谱柱的峰容量小和速度慢的技术。在广泛的非高分子化合物领域中没有得到应有的使用。

  在经典的凝胶色谱中,填料的粒度一般用37-75 μ。色谱柱长12尺以上,柱径7.8毫米,流速通常用1毫升/分。在这些条件下,一次实验时间往往需要三小时。加快流速会降低分离效率,因为凝胶色谱是一个由扩散控制的分离过程,高分子在溶液中扩散较慢,这就必然使流速受到一定限制。凝胶色谱峰容量较小的原因是和体积排除的分离机理有关。这些缺陷的克服都有待于填料柱效的大幅度提高。高效凝胶色谱填料的合成成功以及高效装柱技术的发展,实现了柱效的提高,从而实现了实验时间缩短,峰宽变窄和峰容量增加。

  现在粒度为10 μ的填料可以使分子量分布测定时间从三小时缩短到十几分钟,这个时间甚至比高分子在溶剂中溶解所需的时间还短。在工业上已有人用凝胶色谱图来作为订购验收指定分子量分布的高聚物产品。由于不需要费太多时间来做条件试验,凝胶色谱在一般化合物领域里应用时的方便程度已可以和其他类型高效液体色谱相竞争。

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