凝胶渗透色谱技术在制浆造纸中的应用.docVIP

凝胶渗透色谱技术在制浆造纸中的应用 　　凝胶渗透色谱（GPC）是液相分配色谱的一种，是60年代中期发展起来的一种分离技术。它的分离基础是按溶液中溶质分子流体力学体积大小进行大，溶质分子的淋洗体积主要取决于分子尺寸、填料孔径、孔度和柱容积等物理参数。而不是依赖于试样、流动相和固定相三者之间的相互作用。这样就可以使凝胶渗透色谱在很多情况夏具有独特的分离效果和准确的相对分子质量测量，由于高分子化合物的许多重要的加工性能和使用性能与其相对分子质量和相对分子质量分布有关，它们的快速和可靠的测定对研究高分子材料过程中的控制、产品规格的合理制定以及实验条件的有效选择提供了科学依据，因而在许多领域内得到了迅速发展和应用[1-3]。本文介绍了凝胶渗透色谱在制浆造纸中的应用。 　　一 、凝胶渗透色谱的发展概况 　　茨维特（Tswett）创立的液体色谱技术，由于分离效率低、分离时间长、适用范围窄等缺点，使它的发展一直受到很大的限制，长期停留在原始的实验阶段。直到1959年，Porath和Flodin用交联的缩聚葡萄糖制成的凝胶来分离水溶液中不同相对分子量的物质，如蛋白质、核酸、酶和多糖等。他们制备的具有一定孔度和强度的凝胶立即以商品“Sephadex”出售，并正式以“凝胶过滤”一词表示这一分离过程。 　　有机溶剂体系的凝胶色谱首先需要解决适用于有机溶剂的凝胶的制备问题。1964年，Moore以苯乙烯和二乙烯苯在不同的稀释剂存在下制成一系列孔径不同的凝胶这些凝胶可以在有机溶剂中分离相对分子量从几千到几百万的试样。第二年，Maly以示差折光仪为浓度检测器、以体积指示器为相对分子质量检测器制成凝胶色谱仪，这些凝胶和仪器立即被制成商品出售。这样，凝胶色谱技术很快就成为在高分子科学领域内被广泛应用。几十年来，凝胶色谱一直是一个非常活跃的研究课题，无论在凝胶制备、仪器技术性能、数据处理和理论研究上都有较大进展，它的应用范围逐步从生物化学、高分子化学、无机化学向其它领域渗透，已经成为化学领域内一种重要的分离手段。 　　二 、凝胶色谱测定相对分子质量或排布的方法 　　1.直接法 　　直接法是指凝胶色谱仪和粘度计或光散射仪联用；而最常用的间接法则用一系列分子量已知的单分散的（分子量比较均一）标准样品，求得其各自的淋出体积Ve，作出logM对Ve校正曲线（图1）。 　　图1 凝胶色谱分离范围 　　logM=A-BVe， 当logMlogMa时，曲线与纵轴平行，表明此时的流出体积（V0）和样品的分子是无关，V0即为柱中填料的粒间体积，Ma就是这种填料的渗透极限。当logMlogMa时，Ve对M的依赖变得非常迟钝，没有实用价值。在logMa和logMd点之间为一直线，即上式表达的校正曲线。式中A、B为常数，与仪器参数、填料和实验温度、流速、溶剂等操作条件有关，B是曲线斜率，是柱子性能的重要参数，B数值越小，柱子的分辨率越高。 　　2.普适法 　　上述订定的校准曲线只能用于与标准物质化学结构相同的高聚物，若待分析样品的结构不同于标准物质，需用普适校准线。SEC法是按分子尺寸大小分离的，即淋出体积与分子线团体积有关，利用Flory的粘度公式： 　　R为分子线团等效球体半径。[η]M是体积量纲，称为流体力学体积。众多的实验中得出[η]M的对数与Ve有线性关系。这种关系对绝大多数的高聚物具有普适性。普适校准曲线为 　　因为在相同的淋洗体积时，有[η]1M1=[η]2M2 　　式中下标1和2分别代表标样和试样。它们的Mark-Houwink方程分别为 　　因此可得 　　或 　　将上式代入，即得待测试样的标准曲线方程 　　K1、K2、α1、α2可以从手册查到，从而由第一种聚合物的M-Ve校正曲线，换算成第二种聚合物的M-Ve曲线，即从聚苯乙稀标样作出的M-Ve校正曲线，可以换算成各种聚合物的校正曲线。 　　三、凝胶渗透色谱在制浆造纸中的应用 　　1.测定木素相对分子质量及其分布 　　凝胶色谱法广泛地应用于木素样品相对分子质量及其分布的测定，然而由于木素结构的复杂性和特殊性，在溶剂中表现出不同的流体力学性质。因此，并没有一个普遍适用的测定木素相对分子量及其分布的色谱条件。对于不同的样品，需要用不同的凝胶柱、流动相和标样相配合，才能收到良好的效果。 　　另一方面，除了木素磺酸盐易溶于水外，各种木素在四氢呋喃（THF）中溶解度都很小。若不能充分溶解，会影响结果的准确性。另外，木素的酚羟基可以与THF形成氢键，从而使其流体力学体积增大，使测定结果偏高，因此木素样品需经衍生化处理才能测定，一般木素、硫酸盐木素、碱木素、有机溶解木素都用乙酰化或甲基化处理。 　　乙酰化方法：将木素样品溶解与已经纯化的吡啶-醋酐混合液（体积比1∶1）中，通N2保