凝胶渗透色谱技术应用

凝胶渗透色谱(GPC)，是两种凝胶色谱中的一种，其不但可应用于小分子物质的分离和鉴定，而且可以用来分析化学性质相同分子体积不同的高分子同系物。(聚合物在分离柱上按分子流体力学体积大小被分离开）

凝胶色谱不但可以用于分离测定高聚物的相对分子质量和相对分子质量分布，同时根据所用凝胶填料不同，可分离脂溶性和水溶性物质，分离相对分子质量的范围从几百万到100以下。近年来，凝胶色谱也广泛用于小分子化合物。相对分子质量相近而化学结构不同的物质，不可能通过凝胶渗透色谱法达到完全分离纯化的目的。凝胶色谱不能分辨分子大小相近的化合物，相对分子质量相差需在10%以上才能得到分离。

凝胶渗透色谱分离主要机理包括: 体积排除理论，扩散理论，流体力学理论

Z常用的原理是体积排除理论：让被测量的高聚物溶液通过一根内装不同孔径的色谱柱，柱中可供分子通行的路径有粒子间的间隙（较大）和粒子内的通孔（较小）。当聚合物溶液流经色谱柱时，较大的分子被排除在粒子的小孔之外，只能从粒子间的间隙通过，速率较快；而较小的分子可以进入粒子中的小孔，通过的速率要慢得多。经过一定长度的色谱柱，分子根据相对分子质量被分开，相对分子质量大的在前面（即淋洗时间短），相对分子质量小的在后面（即淋洗时间长）。自试样进柱到被淋洗出来，所接受到的淋出液总体积称为该试样的淋出体积。 当仪器和实验条件确定后，溶质的淋出体积与其分子量有关，分子量愈大，其淋出体积愈小。 

根据这一观点，色谱柱的总体积分为三部分：Vg表示载体的骨架体积；Vi表示载体内部所有孔洞的体积；Vo表示载体的粒间体积，那么，色谱柱内总体积：Vt = Vo + Vi + Vg（其中Vo + Vi构成柱内的空间）

对于溶剂分子来说，因它的体积很小，可以充满柱内的全部活动空间Vo + Vi；

而对于高分子来说，假若高分子的体积比孔洞的尺寸大，任何孔洞都进不去，那么它只能从载体的粒间流出，其淋出体积为Vo。假若高分子体积很小，远远小于所有孔洞尺寸，它在柱中活动空间与溶剂相同，淋出体积为Vo + Vi。假若高分子的体积是中等大小，高分子可以进入大的孔，而不能进入小的孔，其淋出体积介于Vo和Vo+Vi之间

这种不考虑溶质和载体之间的吸附效应以及溶质在流动相和固定相之间的分配效应，淋出体积仅仅由溶质分子大小和载体孔尺寸决定，分离完全是由于体积排除效应所致，故称为体积排除机理。 

凝胶渗透色谱优缺点

优点是：

1.分离条件缓和。凝胶骨架亲水，分离过程又不涉及化学键的变化，所以对分离物的活性没有不良影响。

2.凝胶层析操作简便，所需设备简单。有时只要有一根层析柱便可进行工作。分离介质—凝胶完全不需要像离子交换剂那样复杂的再生过程便可重复使用。

3.分离效果较好，重复性高。Z突出的是样品回收率高，接近。

4.应用广泛。适用于各种生化物质，如肽类、激素、蛋白质、多糖、核酸的分离纯化、脱盐、浓缩以及分析测定等。分离的分子量范围也很宽，如SephadexG类为102～105d；Sepharose类为105～108d。

缺点——分辨率不高，分离操作较慢。

由于凝胶层析是以物质分子量的不同作为分离依据的，分子量的差异仅表现在流速的差异上，所以分离时流速必须严格把握。因而分离操作一般较慢。而且对于分子量相差不多的物质难以达到很好的分离。此外，凝胶层析要求样品粘度不宜太高。凝胶颗粒有时还有非特异吸附现象。

凝胶渗透色谱应用——测聚合物分子量

GPC的分离原理虽然很简单，但是对分子量进行标定的方法则相对复杂。通常情况下，用已知相对分子质量的单分散标准聚合物预先作一条淋洗体积或淋洗时间和相对分子质量对应关系曲线，该线称为“校正曲线”。聚合物中几乎找不到单分散的标准样，一般用窄分布的试样代替。在相同的测试条件下，作一系列的GPC标准谱图，对应不同相对分子质量样品的保留时间，以1gM对t作图，所得曲线即为“校正曲线”；用一组已知相对分子质量的单分散性聚合物标准试样，以它们的峰值位置的Ve对1gM作图，可得GPC校正曲线示意图，如图1-19-1所示。

由图1-19-1可见，(V0+Vi）-V0是凝胶选择性渗透分离的有效范围，即为标定曲线的直线部分，通常用一个简单的线性方程表示色谱柱可分离的线性部分，直线方程为：

1gM＝A＋BVe

式中，A、B为特性常数，与聚合物、溶剂、温度、填料及仪器有关，其数值可由校正曲线得到。

对于不同类型的高分子，在相对分子质量相同时其分子尺寸并不一定相同。用PS作为标准样品得到的校正曲线不能直接应用于其他类型的聚合物。而许多聚合物不易获得窄分布的标准样品进行标定，因此希望能借助于某一聚合物的标准样品在某种条件下测得的标准曲线，通过转换关系在相同条件下用于其他类型的聚合物试样。这种校正曲线称为普适校正曲线。根据Flory流体力学体积理论，对于柔性链，两种高分子具有相同的流体力学体积，则有下式成立：

［η］1M1＝［η］2M2

再将Mark-Houwink方程[η]＝KM”代入上式可得：

1gM2＝1/(1+a2)lgK1/K2+(1+a1)/(1+a2)lgM1

由此，如已知在测定条件下两种聚合物的K、a值，就可以根据标样的淋出体积与分子量的关系换算出试样的淋出体积与分子量的关系，只要知道某一淋出体积的分子量M1，就可算出同一淋出体积下其他聚合物的分子量M2。

凝胶渗透色谱技术应用——农药残留分析

凝胶渗透色谱技术作为一种GX的分析技术，在农药残留分析方面的应用至关重要。凝胶渗透色谱应用范围逐步从生物化学、高分子化学、无机化学向其他领域渗透，在农药残留分析中已成为一种重要的分离、净化手段。

凝胶渗透色谱技术在有机磷农药残留分析中的应用

有机磷农药杀虫效率高、易分解，在提高农畜禽产品的产量与质量等方面起着积极的作用，为目前农业生产上控制病虫害的主要农药之一。由于该农药被广泛使用，从而大量进入河流、湖泊、海洋等各种水体，使农作物、畜禽、水产等动植物体内受到不同程度的污染，并通过食物链的富集作用危害人体健康。加速溶剂萃取法是近几年发展起来的提取固体物质中有机物及其残留的方法，具有溶剂用量少、提取时间短和样品提取自动化的优点，采用加速溶剂萃取法结合凝胶渗透色谱等净化手段可测定动物源性食品中多种有机磷农药的多组分残留。

凝胶渗透色谱技术在农药多残留分析中的应用

随着农药品种的增多和溶剂体系的不断完善，在农药多残留分析中，凝胶渗透色谱技术已经成为不可或缺的净化手段之一。在用多残留分析法分析脂溶性、水溶性农药以及其代谢物时，凝胶渗透色谱把所要分析的农药从食品和饲料中分离、净化出来。

近年来不断有在农药多残留分析中使用凝胶渗透色谱作为提取、净化手段的研究报道，该法已经广泛地用于无水羊毛脂和羊毛脂药材、药材、甘蓝、鸡蛋、蜂蜜等农药残留的分析。

凝胶渗透色谱技术在拟除虫菊酯类农药残留分析中的应用

拟除虫菊酯类农药具有性质稳定、不易光解、无特殊臭味等特点，在高度有机磷农药被禁止使用后，拟除虫菊酯类农药便有了广泛的使用空间，但同时也带来了环境污染和食品安全等问题。目前，国内外对拟除虫菊酯类农药的残留分析方法包括分光光度法、色谱法、免疫分析法等。凝胶渗透色谱具有准确可靠、灵敏度高等特点，在拟除虫菊酯类农药残留分析方面有着一定的优势。

凝胶渗透色谱技术在农药残留分析方面还存在一些问题，但随着科技的不断进步，全自动凝胶渗透色谱净化仪所使用的净化柱将朝小内径、大载荷量及小体积进样的方向发展，凝胶渗透色谱技术的应用范围也将不断扩展。