凝胶渗透色谱法测定纤维素和木素的聚合度与相对分子质量分布

凝胶渗透色谱法测定纤维素的聚合度分布

由于纤维素不能溶解在凝胶色谱用的溶剂（丙酮或四氢呋喃）中，因此必须把它制备成纤维素硝酸酯或纤维素三苯胺基甲酸酯，然后做凝胶色谱分析。

1.测定原理

用硝酸-磷酸混合液，在0℃下将纤维素转变为纤维素硝酸酯，其含氮量应该在13.5%以上，将纤维素硝酸酯做凝胶渗透色谱分析。用已知相对分子质量的标准样品聚苯乙烯做凝胶渗透色谱分析，作出标准校正曲线。根据校正曲线和纤维素硝酸酯的GPC图谱，把洗脱体积或保留时间换算成相应的log M_r或log DP，即得到纤维素硝酸酯相对分子质量（M_r）或聚合度（DP）的分布曲线。

2.仪器和试剂

a.凝胶渗透色谱仪（折光检测器）；b.色谱柱固定相：NDG-3L，5L和6L多孔硅胶（三柱串联）；c.流动相：四氢呋喃（流速1mL/min）；d.硝化试剂：硝酸-磷酸混合液（HNO₃64%+H₃PO₄26%+P₂O₅10%）；e.标准样品：各种相对分子质量的聚苯乙烯（平均相对分子质量M_r=3600～4700000）。

3.测定步骤

（1）建立标准校正曲线

将已知相对分子质量的聚苯乙烯标准样品配成0.3%的四氢呋喃溶液依次注入色谱柱，分别得到各标准样品的GPC谱图，记录各色谱图上色谱峰峰值对应的洗脱体积V_e（或保留时间）。分别以聚苯乙烯的相对分子质量对数logM_r为纵坐标，以相应的洗脱体积V_e（或保留时间）为横坐标，作出logM_r-V_e校正曲线图，亦可把保留时间、聚苯乙烯的相对分子质量和相对分子质量对数间的关系以表格的形式列出来。

（2）把标准校正曲线换算成纤维素硝酸酯的校正曲线

当标准样品（聚苯乙烯）和试样（纤维素硝酸酯）的洗脱体积（或保留时间）相同时，其流体力学体积相等。即：

式中 [_η]₁，[_η]₂——标准样品和试样的特性黏度(www.xing528.com)

M_r，1，M_r，2——标准样品和试样的相对分子质量

式中 K₁=0.0126；K₂=0.0219；α₁=0.72；α₂=0.89

将K及α值标准样品相对分子质量M_r，1代入式（8-48），即可把聚苯乙烯的相对分子质量换算成纤维素硝酸酯的相对分子质量M_r，2，从而可以得到纤维素硝酸酯的校正曲线logM_r，2-V_e。如果将纤维素硝酸酯的相对分子质量换算成聚合度（DP），便可将logM_r，2-V_e校正曲线换算成logDP-V_e校正曲线，根据此曲线可进行纤维素聚合度分布的测定。

（3）纤维素硝酸酯的制备

① 硝化试剂的准备：将90% HNO₃1000g浸于冰水浴中冷却并加以搅拌，徐徐加入P₂O₅，即值得硝化试剂，其酸液组成为64% HNO₃、25% H₃PO₄和10% P₂O₅。在0℃下暗处储备2～4d后供硝化使用。

②硝化步骤：将1.0g绝干纤维素试样粉碎，在50℃真空干燥1～2h，加入100mL硝化试剂，置于0℃的冰水浴中不断搅拌硝化4h，消化后用蒸馏水洗涤，再用清水洗涤24h，然后用蒸馏水煮沸，最后浸于甲醇进行稳定化处理，经压榨除去甲醇并低温真空干燥后，得到纤维素硝酸酯。

（4）纤维素硝酸酯的凝胶渗透色谱分析

将纤维素硝酸酯溶解于四氢呋喃溶液中，使其浓度为2～3g/L，每次取1.3mL左右注入凝胶色谱柱，得到以洗脱体积（或保留时间）为横坐标、折光率为纵坐标的凝胶渗透色谱图。用上述logM_r，2-V_e或logDP-V_e校正曲线进行数据处理后，便可得到纤维素的相对分子质量分布或聚合度分布图。

（5）结果计算

把相对分子质量分布曲线或聚合度分布曲线下面的面积划分为聚合度DP＜200；DP=200～600；DP=600～1000；DP=1000～1400和DP＞1400等5部分，按式（8-49）计算各部分的比例：