塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量和分子量分布2018-05-14發(fā)布中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 1 25試劑 35.1洗脫劑 35.2評價(jià)色譜柱的試劑 35.3分子量標(biāo)樣 35.4流速標(biāo)記試劑(內(nèi)標(biāo)) 35.5添加劑 46儀器 46.1總則 46.2洗脫劑貯槽 4 56.4進(jìn)樣器 56.5色譜柱 56.6檢測器 7 76.8溫度控制 76.9記錄和繪圖 76.10數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 76.11其他部件 87步驟 88數(shù)據(jù)采集和處理 88.1數(shù)據(jù)采集 88.2數(shù)據(jù)評價(jià)和譜圖校正 88.3數(shù)據(jù)處理 89結(jié)果表示 9.1校正曲線 9.2平均分子量的計(jì)算 9.3分子量微分分布曲線 9.4分子量積分分布曲線 11試驗(yàn)報(bào)告 Ⅱ 11.2儀器和測量參數(shù) 11.4校正曲線 11.5結(jié)果 附錄A(資料性附錄)補(bǔ)充資料 附錄B(資料性附錄)窄分子量分布標(biāo)樣 ⅢGB/T36214《塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量和分子量分布》分為5個(gè)部分：——第1部分：通則；——第2部分：普適校正法；——第3部分：低溫法；——第4部分：高溫法；——第5部分：光散射法。本部分為GB/T36214的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分使用翻譯法等同采用ISO16014-1:2012《塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量本部分由中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本部分由全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC15)歸口。本部分起草單位：廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院、中藍(lán)晨光成都檢測技術(shù)有限公司、中國藍(lán)星(集團(tuán))股份有限公司、中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院、北京普立泰科儀器有限公司。1塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量和分子量分布GB/T36214的本部分規(guī)定了使用體積排除色譜法(SEC)測定聚合物平均分子量和分子量分布的通用方法。平均分子量和分子量分布是由校正曲線計(jì)算得到的。該校正曲線或由GB/T36214.2~GB/T36214.4描述的SEC技術(shù)之一的聚合物標(biāo)樣計(jì)算得到，或由GB/T36214.5描述的配備光散射檢下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T36214.2—2018塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量和分子量分布第GB/T36214.5—2018塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量和分子量分布第ISO472塑料術(shù)語及其定義(Plastics—Vocabulary)ISO16014-3塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量和分子量分布第3部分：低溫法(Plastics—Determinationofaveragemolecularmassandmolecularmassdistributionofpolymersusingsize-exclusionchromatography—Part3:Low-teISO16014-4塑料體積排除色譜法測定聚合物的平均分子量和分子量分布第4部分：高溫法(Plastics—Determinationofaveragemolecularmassandmolecularmassdistributionofpolymersusingsize-exclusionchromatograpISO472界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。以所具有孔的尺寸相似于被分離分子的尺寸，非吸收多孔材料填充的柱中洗脫的分子的流體力學(xué)是優(yōu)先使用的。2分子量molecularmassM構(gòu)成該分子的所有原子質(zhì)量的總和。平均分子量averagemolecularmass4種平均分子量是由以下方程定義的。式中N;是分子量為M;的第i組分的分子數(shù)，a是馬克-豪溫克-櫻田(Mark-Houwink-Sakurada)方程的指數(shù)。數(shù)均分子量number-averagemolecularmass重均分子量mass-averagemolecularmassMM?黏均分子量M、viscosity-averagemolecular聚合物樣品溶解在適宜的溶劑中配制成稀溶液，將該溶液注入到流動(dòng)相并進(jìn)入具有相似或不同孔徑的多孔非吸收小顆粒填充材料的SEC柱上。當(dāng)聚合物樣品通過柱子時(shí)，聚合物分子由于它們的分子質(zhì)量不同或更精確地說，由于它們的分子尺寸(即流體力學(xué)體積)不同而彼此分離。在SEC中，體積較大的分子不能進(jìn)入這些孔，因此它們很快被洗脫；而較小的分子能夠進(jìn)入這些孔，從而較慢地從柱子中3洗脫。洗脫劑中聚合物的濃度，被濃度響應(yīng)檢測器(若使用SEC-LS時(shí)則配置光散射檢測器)連續(xù)地檢在GB/T36214.2～GB/T36214.4描述的SEC技術(shù)中，在SEC譜圖上的任意洗脫時(shí)間對應(yīng)的分子量根據(jù)具有窄分子量分布的參考聚合物標(biāo)樣構(gòu)建的校正曲線確定。在GB/T36214.5描述的SEC-LS技術(shù)中，校正曲線是由配備光散射檢測器的體積排除色譜(SEC-LS)的絕對分子量數(shù)據(jù)計(jì)算得到。未知聚合物樣品的平均分子量和分子量分布是由SEC譜圖上的各個(gè)洗脫時(shí)間對應(yīng)的分子量和濃度數(shù)據(jù)計(jì)算得到。5試劑5.1洗脫劑SEC洗脫劑的純度要求隨應(yīng)用而不同，但是一般要求溶劑中無顆粒物質(zhì)和不含有和聚合物反應(yīng)或干擾聚合物檢測的物質(zhì)?？墒褂每寡鮿Ⅺ}等添加劑，以防止洗脫劑降解、聚合物分子聚集、聚合物吸附于填充材料上，或用于其他目的?；旌舷疵搫┮部梢杂糜贕B/T36214.2～GB/T36214.4描述的SEC技術(shù)中，以便改善溶解度和折光指數(shù)，或降低流動(dòng)相的成本。然而混合洗脫劑不能用于SEC-LS測量，因?yàn)榫酆衔飼?huì)選擇性地吸收洗脫劑混合物中的組分，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。5.2評價(jià)色譜柱的試劑5.3分子量標(biāo)樣GB/T36214.2～GB/T36214.4描述的試驗(yàn)方法不是絕對方法，而是一個(gè)相對方法。因此要求建立校正曲線，以便從SEC譜圖計(jì)算平均分子量和分子量分布。校正曲線是通過使用具有窄分子量分布的已知分子量的標(biāo)樣得到的。標(biāo)樣的M。和/或M。的值是由絕對方法測得，例如光散射、膜滲透法、蒸汽壓滲透法、超離心法或端基分析法等。多分散性Mw/M。是由M的絕對值除以M。的絕對值計(jì)算得到。聚合物標(biāo)樣的多分散性應(yīng)在以下的范圍內(nèi)：式中：M?=(Ma×M)1?某些市售的分子量標(biāo)樣例子參見附錄B。因?yàn)镾EC-LS(見GB/T36214.5)是絕對方法，所以該方法無需使用分子量標(biāo)樣。5.4流速標(biāo)記試劑(內(nèi)標(biāo))低分子量化合物用于監(jiān)測洗脫時(shí)間的準(zhǔn)確性，也就是評價(jià)這些數(shù)據(jù)是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。4可在洗脫劑中加入添加劑，以便改進(jìn)SEC性能和避免樣品降解等。6儀器接管、溫度控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。對SEC-LS測量設(shè)備來說，光散射檢測器即分子量響應(yīng)檢測器是聯(lián)用到常規(guī)(濃度響應(yīng))檢測器上。任何能滿足本方法要求的光散射檢測器均可使用。圖1SEC系統(tǒng)示意圖洗脫劑貯槽宜具有能貯存足夠進(jìn)行色譜柱校正和SEC測量要求的洗脫劑量的容量。洗脫劑中溶解的空氣應(yīng)當(dāng)在使用前通過脫氣機(jī)脫氣，或放在超聲浴中進(jìn)行脫氣，又或在貯槽和泵之間使用真空脫氣。洗脫劑中的顆?？梢酝ㄟ^濾膜過濾除去。值得注意的是除了鼓泡惰性氣體通過洗脫劑以外，使用該惰性氣體排空洗脫劑的上部空氣，并且遮蓋貯槽避免光照。5SEC要求以恒定的、無脈沖的洗脫劑通過色譜柱。對于約8mm內(nèi)徑的色譜柱，流速宜為約1cm3/min。SEC系統(tǒng)流速精確度應(yīng)在士0.3%的范圍內(nèi)。對于高分子量和/或剪切敏感的聚合物和黏稠的洗脫劑，推薦使用較低的流速。為保持流速恒定，對泵系統(tǒng)溫度控制應(yīng)該提供至少±1℃的穩(wěn)應(yīng)使用內(nèi)標(biāo)，或者通過使用一個(gè)直接方法，例如使用體積或質(zhì)量測量(參見附錄A中A.2)經(jīng)常地監(jiān)測流速和校正明顯偏離的流速。在GB/T36214.2～GB/T36214.4描述的方法中，不規(guī)定流動(dòng)速度值的數(shù)據(jù)，因?yàn)樵摲椒ㄊ窍鄬Ψ椒?，試?yàn)的結(jié)果是從分子量標(biāo)樣測量所得的校正曲線計(jì)算得到的。除了具有一個(gè)洗脫旁路以外，進(jìn)樣器還應(yīng)能夠保持樣品溶液和把樣品溶液輸進(jìn)色譜柱內(nèi)部，而且具有最小的峰展寬和最小的壓力變化。為了保持要求的流速準(zhǔn)確性，進(jìn)樣系統(tǒng)應(yīng)配置溫度控制裝置或精密的空調(diào)。色譜柱的功能是根據(jù)樣品分子的不同的體積(質(zhì)量)分離樣品分子。色譜柱通常是由具有末端接套頭、過濾器和多孔填充材料的不銹鋼管組成。有關(guān)柱子的長度、直徑或填充材料的顆粒尺寸值不作使用低分子量化合物，例如乙苯，以便得到一個(gè)峰(見圖2)和從式(6)或式(7)計(jì)算這套色譜柱的理論塔板數(shù)N。N=5.54×(te/W?/?)2 (6)N=16×(t./W)2 (7)W——峰的兩個(gè)正切線和基線之間的截距差。理論塔板數(shù)的要求在ISO16014-3和ISO16014-4中作出了規(guī)定。色譜柱組的分辨因子R能夠通過使用校正曲線(見9.1和圖5)和一個(gè)具有窄分子量分布并洗脫時(shí)間接近樣品峰的峰頂位置標(biāo)樣(見5.3和圖3),根據(jù)式(8)計(jì)算得到：R=-1/(D×Wsrp) D——校正曲線在相應(yīng)樣品峰峰頂?shù)男甭?；Wsrp——分子量標(biāo)樣在基線上的峰寬。圖2低分子量化合物的SEC譜圖圖3窄分子量分布標(biāo)樣的SEC譜圖67色譜柱不對稱因子As可利用低分子量化合物(如乙苯)產(chǎn)生的峰(見圖2)的數(shù)據(jù)根據(jù)式(9)計(jì)算得到： 式中：a——在10%峰高處得到的前半峰寬；b——在10%峰高處得到的后半峰寬。不對稱因子的要求在ISO16014-3和ISO16014-4中作出了規(guī)定。6.6檢測器檢測器用于連續(xù)地監(jiān)測從柱中洗脫出的聚合物的濃度。有幾種市售的濃度敏感型檢測器，例如示流動(dòng)池的體積應(yīng)當(dāng)足夠的小，以便保持從色譜柱分離出來的聚合物的窄分子量分布和保持在6.5.2和6.5.3中確定的色譜柱的總理論塔板數(shù)和分辨因子。在GB/T36214.2～GB/T36214.4使用的濃度敏感型檢測器的靈敏度應(yīng)能檢測出10-8的折光指數(shù)或10-‘的紫外吸收信號的差異。信噪比通常應(yīng)大于200,盡管低的信噪比有利于寬分子量分布樣品或超高分子量樣品在低濃度情況下的測量。然而，在該情況中，為保證適宜的最大靈敏度水平，信噪比仍應(yīng)大于20。每小時(shí)信號的漂移應(yīng)當(dāng)少于10%峰高。LS檢測器的靈敏度未作規(guī)定，是因?yàn)殡S著檢測器類型和試驗(yàn)條件的不同，其變化較大。用于連接樣品進(jìn)樣器到第一根色譜柱的管子、色譜柱相互連接的管路(包括管件長度)和最后色譜柱到檢測器的管路，其內(nèi)徑應(yīng)當(dāng)盡可能地小、長度盡可能地短，以避免被分離的組分重新混合，并保證滿足6.5.1中規(guī)定的性能要求。從進(jìn)樣器到檢測器使用的管路的內(nèi)徑應(yīng)小于或等于0.05cm。應(yīng)當(dāng)注意6.8溫度控制色譜柱、泵系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)和管路的溫度控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保持恒定在每個(gè)部件相應(yīng)的條款中敘述的窄的溫度范圍內(nèi)。對于檢測器，溫度應(yīng)控制到滿足SEC的性能要求。6.9記錄和繪圖數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠采集數(shù)據(jù)，生成校正曲線，計(jì)算出所要求的分子量和分子量分布并顯示適宜的數(shù)據(jù)和/或要求的圖譜。這一系統(tǒng)應(yīng)按照本系列標(biāo)準(zhǔn)收集、分析和報(bào)告數(shù)據(jù)。86.11其他部件驗(yàn)溶液和測定色譜柱性能的溶液、過濾溶液并進(jìn)樣。詳細(xì)步驟在GB/T36214系列的相關(guān)部分中作出規(guī)定。8數(shù)據(jù)采集和處理8.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集應(yīng)從樣品洗脫開始到樣品峰結(jié)束，或直到信號下降到基線時(shí)為止。數(shù)據(jù)點(diǎn)或讀出值的數(shù)量應(yīng)每10個(gè)分子量不少于50個(gè)。應(yīng)注意使用足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)以便提供準(zhǔn)確的峰面積和峰頂洗脫時(shí)間，以及準(zhǔn)確的分子量分布曲線從而從該曲線得到準(zhǔn)確的平均分子量。8.2數(shù)據(jù)評價(jià)和譜圖校正每次運(yùn)行時(shí)應(yīng)監(jiān)測SEC圖譜，以確保內(nèi)標(biāo)的洗脫時(shí)間的誤差或洗脫劑的體積或質(zhì)量的誤差在校正值的±0.3%范圍內(nèi)。如果這個(gè)誤差超出±0.3%的范圍，那么這個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)被舍棄，并進(jìn)行重復(fù)測量。不要求進(jìn)行峰展寬校正。如果檢測器的信號落在系統(tǒng)峰之前的基線上，如圖4a)所示，則應(yīng)假設(shè)基線為從t。到t?的直線。如果檢測器的信號落在系統(tǒng)峰之前而沒有回到基線，如圖4b)所示，則應(yīng)假設(shè)基線為樣品正好開始洗脫前t。到系統(tǒng)峰正好洗脫后t。的直線。SEC-LS色譜的基線與GB/T36214.2～GB/T36214.4描述的使用其中一種SEC方法獲得色譜的噪聲和平滑基線以消除短期噪聲。如果該樣品不含有分子量小于1000的組分，如圖4a)所示，則應(yīng)用基線上的點(diǎn)t。和點(diǎn)t,之間的范9b)如果樣品含有分子量小于1000的組分，而且這些低分子量組分的含量小于總聚合物峰面積的30%,如圖4b)所示，則應(yīng)用以下兩種方法之一進(jìn)行計(jì)算：a)計(jì)算從點(diǎn)t。到點(diǎn)t?oo(相當(dāng)于分子量1000)的曲線面積。b)計(jì)算從點(diǎn)t。到覆蓋整個(gè)聚合物(包括低聚物和單體，但是不包括添加劑)的點(diǎn)ta的曲線面積。點(diǎn)ta由洗脫劑的色譜單獨(dú)確定。如果樣品中分子量低于1000的組分的含量大于總聚合物峰面積的30%,如圖4c)所示，則不推薦使用本部分規(guī)定的方法。9結(jié)果表示9.1校正曲線對GB/T36214.2～GB/T36214.4描述的SEC方法，校正曲線是由洗脫時(shí)間對lgM。作圖得到，如圖5所示。M。的值是按照以下方法中的其中一種得到：a)從標(biāo)樣物質(zhì)的數(shù)據(jù)表中得到；b)使用式(5),根據(jù)標(biāo)樣物質(zhì)的數(shù)據(jù)表給出的M。和M。值計(jì)算得到；c)使用式(5),根據(jù)標(biāo)樣物質(zhì)的數(shù)據(jù)表給出的M。值或M。值和M。/M。的值計(jì)算得到。含有洗脫時(shí)間t的三次冪的多項(xiàng)式廣泛地用于描述校正曲線。更高次冪項(xiàng)的增加可改善曲線與數(shù)據(jù)的擬合度： (10) (11)M——分子量；t——洗脫時(shí)間。其他方法或方法的聯(lián)合使用可用于改善擬合度。普適校正曲線的構(gòu)建見GB/T36214.2—2018的9.1。SEC-LS校正曲線的構(gòu)建見GB/T36214.5—2018的11.1。t——洗脫時(shí)間(min);圖5校正曲線9.2平均分子量的計(jì)算使用校正曲線(見9.1)和已確定基線和計(jì)算范圍(見8.3.1和8.3.2)的聚合物樣品的SEC譜圖，計(jì)算每處洗脫時(shí)間上的分子量M;和信號強(qiáng)度H;,如下：a)通過向式(10)或式(11)中代入t;計(jì)算第i洗脫時(shí)間t;處的分子量；b)通過從洗脫時(shí)間t;處的總檢測器信號強(qiáng)度減去基線信號強(qiáng)度，計(jì)算第i洗脫時(shí)間t,處的信號強(qiáng)度H;。使用式(12)到式(16)從M;和H;值計(jì)算平均分子量和多分散性，其中n指第n組分的數(shù)據(jù)： (13) (14) (15) (16)9.3分子量微分分布曲線分子量微分分布曲線是由dW;/d(lgM?)對lgM;作圖得到的，如圖6所示。W;是由以下公式計(jì)算得到： (17) (18) (19)式中I是數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔。如果樣品含有分子量小于1000的組分，并且這些低分子量組分含量小于樣品的30%,那么在分子量M?oo的對應(yīng)點(diǎn)處畫一垂直線。圖6分子量微分分布曲線9.4分子量積分分布曲線分子量積分分布曲線是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)C;對lgM;作圖得到的，如圖7所示。C;是由以下公式計(jì)算得到：圖7分子量積分分布曲線由實(shí)驗(yàn)室間試驗(yàn)得到的試驗(yàn)方法的精密度見GB/T36214的其他部分。試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下信息：a)GB/T36214相關(guān)部分或其他引用標(biāo)準(zhǔn)的編號；b)被分析聚合物完整標(biāo)識所必需的詳細(xì)信息；c)分析和校正的日期。b)色譜柱填充材料的類型、顆粒尺寸和制造商名稱；c)柱溫；d)所使用色譜柱的理論塔板數(shù)、分辨因子和不對稱因子，及測定這些值所使用的低分子量標(biāo)樣和窄分子量分布標(biāo)樣；g)聚合物樣品溶液的濃度；i)所使用軟件的版本號。對SEC-LS,見GB/T36214.5—2018的13.2。對SEC-LS,見GB/T36214.5—2018的13.3。a)標(biāo)樣的名稱；c)標(biāo)樣的表征值，包括制造商提供的分子量如M。、M、M?和多分散性；d)進(jìn)樣體積和濃度；e)洗脫時(shí)間或洗脫質(zhì)量/體積；f)校正曲線擬合方法的詳細(xì)信息，包括方程式等；b)計(jì)算得到的平均分子量M。、M、M?、M(如可能)和多分散性Mw/M。,指明計(jì)算所使用的范圍(見8.3.2);c)SEC曲線，以列表或作圖形式表示的分子量微分分布和分