凝胶渗透或尺寸排阻色谱法（GPC/SEC），是测量聚合物、蛋白质以及高分子分子量（MW）的首选技术。由于高分子的应用广泛，研究人员希望通过GPC/SEC系统获取更加精准的分子量，同时深入了解聚合物的结构特性。基于此，本文将探讨多检测器GPC/SEC系统如何满足研究人员的需求，并着重阐述其在测量聚烯烃支化信息领域的应用。
纵观全局
聚合物的功能由分子量、分子量分布状况以及结构特点（例如支化）等决定。而研究人员则可以通过改变聚合物的上述特征开发出特定的聚合物材料，以满足具体的应用需求。从此可见，详细且精准的聚合物表征数据，能够为推动产品和工艺开发、进行有效的质量控制提供可靠的信息支持。
采用GPC/SEC系统进行的测量分成两个阶段。第一个阶段是在高分子体积的基础上，使用微孔填料对已溶解的聚合物进行分离；第二个阶段则是对被分离的样品进行分析。但传统的单检测器GPC/SEC系统一般是采用示差折射率（RI）检测器检测样品浓度。之后，通过标准样品生成的校正曲线进行计算，得到相对（相对于参考标准而言）分子量及其分布信息。
但使用单检测器GPC/SEC系统时，研究人员只有在标准与样品的分子密度相似的情况下，才能获得精准的MW。另外，研究人员也无法检测参考样品和试样之间或不同试样之间的分子密度差异，且仅凭借单检测器更无法洞悉聚合物的结构特征。
多检测器GPC/SEC的问世能够解决上述存在的问题，为更加全面的了解聚合物特征提供支持。图1显示的是通过RI检测器、光散射检测器和粘度计检测器（“三重检测”）组成的多检测器阵列获取的信息。其中，光散射检测器能够提供无需校正的绝对分子量。而特性粘度（IV）可以通过Mark-Houwink（M-H）方程1和分子量相关联，提供高分子结构信息。
图1：示差折射率（RI）检测器、光散射检测器及粘度检测器结合使用，可优化GPC/SEC系统产生的信息量
运用马尔文多检测器GPC/SEC系统进行支化检测
M-H曲线（见图2）是以 IV和MW为座标轴绘制的双对数曲线。由于IV是对分子密度的量度，该曲线可以显示分子结构随分子量的变化，从而揭示支化和交联等的特征信息。而具体的支化程度也能够通过光散射和IV数据2获得。至于较大聚合物的支化比和支化频率，研究人员可通过旋转半径（Rg）数据计算得出；或通过直接比较IV测量结果（参见等式1）得出。第二种方法实用性更高，得出的结果也更可靠，且还适用于各种大小的聚合物。
（其中g’M 为支化比；[ɳ]M,br为支化样品的 IV；而[ɳ]M,lin 为线性样品的IV）
这种测量支化的方法尤其适用于聚烯烃的分析，因为生成与控制聚烯烃的支化是开发、制造具有不同特性产品的关键。然而，由于必须在高温环境下工作，多检测器GPC/SEC系统在聚烯烃分析中的应用一直受到限制。集成式多检测器GPC/SEC系统的出现改变了这种局面--它可在高达160℃的温度下进行测量，并对聚烯烃甚至包覆填料的聚烯烃（例如炭黑3等）进行精准、高效的分析。
案例分析：利用马尔文高温GPC/SEC系统评估多种聚乙烯样品的支化程度
在140 oC高温下，研究人员使用高温三检测器GPC/SEC系统（马尔文仪器Viscotek HT-GPC）对三种相似的支化聚乙烯样品与线性聚乙烯标准材料进行分析。在此次分析中，研究人员使用了1，2，4-三氯苯（TCB）溶剂以及500 ppm抗氧剂，可定向比较聚合物结构特征的M-H曲线也最终生成（图2）。
图2：M-H曲线表明，数种聚烯烃样品在支化程度上具有显著差异。其中，红色代表线性参照样品，绿色代表样品A，黑色代表样品B，紫色代表样品C
从图中可以看到，通过比较与线性聚乙烯标准材料的差别，所有三个样品均产生了支化现象，但它们的支化程度存在明显的区别。具有极高灵敏度的M-H曲线说明，不同样品的支化程度有着显著差异，而这些差异将赋予材料不同的性能。在表1归纳的数值表中，我们可以看出在聚合物主链上，样品C 在每1,000个碳原子中的支化频率为1.69；而样品A的对应数值仅为0.94。这意味着，在聚合物链上样品C的支化点更多，能够让聚合物具备不同的性能特点。
表1：通过高温GPC分析得出的三种聚烯烃样品的支化数据
这些结果表明，与传统单检测器相比，马尔文三检测器GPC/SEC系统能够为研究人员提供更多的信息，而专门针对聚烯烃分析开发的HT-GPC系统也具有较高的稳定性并提供多种有价值数据。这将使研究人员具备快速高效开发新产品和新工艺的能力，并能够满足要求严格的QC过程。
参考文献：
1.‘Determination of polymer structure by GPC’, Malvern Instruments application note. Available for download at:www.malvern.com.
2. ‘Advanced Structural Characterization of Polyolefins – Branching using High
Temperature Triple Detection GPC’, J. SANCHEZ, B. SABAGH, W. S. WONG, P. CLARKE, Paper presented at ISPAC, Turin, June 2011 (http://ispac-conferences.org/ispac-2011.aspx)
3. ‘Accurate and safe analysis of carbon filled polyethylene by advanced HT-GPC’, Malvern Instruments application note. Available for download at www.malvern.com
