用GPC(凝胶渗透色谱)测试聚合物分子量 分子量”是最基础也最被误解的参数 高分子的核心特征,不在于它是“有机的”,也不在于它有“重复单元”,而是它足够长。而“多长”,正是由分子量决定的。 我们知道一个聚合物的力学强度、熔体流动性、玻璃化转变温度、断裂行为……几乎都受分子链的长度与分布影响。 但和传统分子不同的是,高分子材料不是由一个确定的分子式组成的,而是一群长度不同的链。所以我们不会只关心“分子量”,而是关心: 它的平均分子量是多少? 这些链的长度分布是否集中? 是否存在大量低分子量“短链”或异常长链?
举个例子,你想象一个公司,员工平均年龄30岁,是30个刚毕业的年轻人,还是15个刚毕业的+15个快退休的?平均值一样,结构却天差地别。 高分子也是一样,平均分子量只是起点,分布才是关键。 而这就引出了一个核心问题:如何“看到”这群链?
GPC(凝胶渗透色谱)测什么?
凝胶渗透色谱(GPC)表面上看是用来“测分子量”的,但实际上,它并不是直接称出一条链子有多重。 它测的是——一条分子链在溶液中“鼓起来”有多大。 你可以把它想象成一团泡在溶液里的“毛线团”: 毛线团越长,它鼓起来就越大; 毛线更硬,它撑得就更开; 如果溶液特别适合它(比如“喜欢它”),它就会膨胀得更明显。 GPC测的就是这个“泡在液体里之后,这团毛线占了多大体积”——这个体积叫做水动力体积,它和分子量有关,但也受链条柔软程度、溶剂环境等因素影响。 所以说,GPC其实是在“用大小来猜重量”。不是直接称重,而是通过“跑得快慢”来推测你多大只、多重。 GPC的本质逻辑是:“大个子先出来,小个子后出来”。 打个比方,如果你把GPC色谱柱看作一个密布小孔的“筛子迷宫”:
大链像成年人,钻不了孔,走直线先冲出来; 小链像小孩,到处钻、绕来绕去,最后慢吞吞出来。 这就造成了不同链“保留时间”的差异,我们便能按顺序收集、检测,并绘制出“分子量分布曲线”。 但注意,这一切都基于一个“假设空间”——链是可溶的、可展开的、和色谱柱不相互作用的。 可溶的: 样品必须完全溶解在流动相中,无聚集或沉淀。 展开的: 分子在溶液中应呈现其固有的、未被压缩或限制的构象 和色谱柱不相互作用: 分子与色谱柱填料之间应仅有纯体积排阻作用,无吸附、离子交换、疏水等次级相互作用 这也正是GPC的局限所在。
为什么PI、PTFE等材料测不了分子量?
希望看完这段话,那位粉丝朋友能充分理解为什么你的材料不能测GPC
- 它们不“溶”——拒绝进入测量状态 要用GPC测分子量,前提是分子链必须在溶液中充分展开。只有这样,链的水动力体积才有参考价值。 但很多高性能聚合物——尤其是PTFE、PI、PES类,分子结构高度稳定,存在大量共轭结构、氢键作用、π–π堆叠甚至氟碳链的刚性排布。 这些“结构锁死”让它们在常规甚至特种溶剂中都无法完全溶解。 比如: PTFE:几乎对所有溶剂都不响应,根本没有“溶解态”的概念,它是直接烧结成型的半结晶聚合体。从分子状态看,你手里的PTFE更像是一个“固体网络体”,而非可自由运动的分子链。 PI/PES:部分类型即便能溶,也需要高极性溶剂+高温体系,且溶解度低、状态不稳定,链段在溶液中依然高度蜷缩。
就像一个人蜷缩在角落里,你既看不清他身高,也无法判断他体型大小——这类高分子在溶液中的“沉默状态”,让GPC无从下手。