高溫凝膠滲透色譜儀又稱高溫尺寸排阻色譜儀(HT-SEC),是一種專用于分析高分子材料(尤其是聚烯烴類,如聚乙烯、聚丙烯等)在高溫溶解狀態下分子量及其分布的精密分析儀器。由于聚烯烴在常溫下不溶于常規溶劑,需在130℃–160℃的高溫下使用特殊溶劑(如1,2,4-三氯苯)才能完q溶解,因此必須采用耐高溫設計的GPC系統。
該儀器主要由高溫輸液泵、高溫自動進樣器、高溫柱溫箱(內置多根交聯聚苯乙烯-二乙烯基苯凝膠色譜柱)、高溫示差折光檢測器(RID)或粘度檢測器、紅外檢測器(IR)及數據處理工作站組成。其工作原理基于“尺寸排阻”機制:高分子溶液在高溫流動相推動下通過多孔凝膠填料,大分子因無法進入孔隙而先流出,小分子則因深入孔道而滯后,從而按分子尺寸(流體力學體積)實現分離。通過與已知分子量標準品對比,可計算出樣品的數均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)、Z均分子量(Mz)及分子量分布寬度(?=Mw/Mn)。
一、泵系統
溶劑儲存器:用于存放流動相(即溶劑),為系統提供恒定的溶劑供應。溶劑儲存器通常由耐腐蝕材料制成,如不銹鋼或玻璃,以確保與溶劑不發生化學反應,并具備足夠的強度和容積。
脫氣裝置:用于去除溶劑中的氣體,以防止氣泡對分析結果產生影響。脫氣裝置通常采用真空脫氣或超聲波脫氣的方法,確保溶劑的純凈度。
高壓泵:將溶劑從溶劑儲存器輸送到系統中,并保持一定的壓力。高壓泵要求穩定性好、脈動小,以保證溶劑流速的穩定。常用的泵類型有恒流泵和往復式柱塞泵,其流速范圍通常在0.1-10.0ml/min之間,重復性≤0.07%。
二、進樣系統
自動進樣器:用于將樣品溶液注入系統。自動進樣器通常具有精確的體積控制,以保證每次進樣的重復性。在凝膠滲透色譜儀中,自動進樣器可能配備有烘箱室,以設定特定的進樣溫度,如160攝氏度。
進樣閥:作為進樣系統的關鍵部件,進樣閥能夠精確控制樣品的注入量和注入時間,確保分析的準確性。
三、色譜柱系統
色譜柱:是凝膠滲透色譜儀的核心部件,用于分離不同分子量的聚合物。色譜柱內填充有多孔的固定相,如交聯聚苯乙烯-二乙烯基苯微球等。不同分子量的聚合物在柱內通過時,會根據其大小被不同程度地滯留,從而實現分離。
柱溫箱:用于保持色譜柱的溫度穩定。由于聚合物的溶解度和擴散系數受溫度影響較大,因此需要嚴格控制柱溫以保證分析結果的準確性。凝膠滲透色譜儀的柱溫箱通常具備寬溫度范圍,如室溫到220攝氏度,并具備高溫度穩定性,如≤每小時0.05攝氏度。
前置柱:在色譜柱前設置前置柱,可以進一步凈化樣品,防止雜質進入色譜柱,保護色譜柱并延長其使用壽命。
四、檢測系統
檢測器:用于檢測流出色譜柱的聚合物溶液。常用的檢測器有折光指數檢測器(RI)、紫外檢測器(UV)、蒸發光散射檢測器(ELSD)、粘度檢測器以及激光光散射檢測器等。檢測器的選擇取決于樣品的性質和分析要求。在凝膠滲透色譜儀中,可能配備多檢測器系統,如粘度、激光散射、紅外三檢測器系統,以提供更全面的樣品信息。
信號處理與傳輸:檢測器產生的信號需要經過處理和傳輸,才能被數據處理系統接收和分析。這通常通過光纖或其他信號傳輸方式實現。
五、數據處理系統
數據采集卡:用于接收檢測器的信號,并將其轉化為數字信號,以便計算機進行處理。
計算機:作為數據處理系統的核心部件,計算機負責接收、存儲、處理和分析數據。它通常配備有專業的色譜分析軟件,能夠實現數據的實時采集、處理、存儲和報告生成。
軟件功能:色譜分析軟件具備多種功能,如色譜圖顯示、峰識別、積分計算、分子量分布分析等。它還能夠根據用戶需求生成各種報告和圖表,方便用戶進行數據分析和結果展示。
六、輔助系統
廢液收集器:用于收集流出系統的廢液。廢液收集器通常具有一定的容量,以便于集中處理廢液,防止環境污染。
在線過濾模塊:在樣品進入色譜柱前進行在線過濾,以去除樣品中的雜質和顆粒物,保護色譜柱并延長其使用壽命。
氮氣噴射裝置:用于溶劑的脫氣和保護,防止溶劑在高溫下氧化或變質。
