Excel在凝胶渗透色谱仪检测聚羧酸减水剂校准中的应用

朱珍桥

南京中电熊猫再生资源利用有限公司 （南京 210028）

凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）也称体积排斥色谱，主要依据溶液中分子体积（流体力学体积）的大小来进行分离。由于尺寸大的高聚物分子只能扩散到尺寸大的填料孔洞中，因此其在色谱柱中保留的时间就短；而尺寸小的高聚物分子几乎能够扩散到填料的所有孔洞中，且向孔内扩散得较深，其在色谱柱中保留的时间就长。因此，不同的高聚物分子就按相对分子质量从大到小的次序随着淋洗液的流出而得到分离。

GPC检测就是利用标准物质相对分子质量与其从淋洗液的流出时间作曲线，再根据检测物质的保留时间在曲线上找出对应的相对分子质量。检测过程中，保留时间的偏移对相对分子质量检测结果的影响很大。对于少量的样品，在不要求效率的情况下，传统的方法是使用标准样品重新校准曲线，再用已知相对分子质量的标准样品来校准曲线的准确性；但是对于生产性公司来说，要检测大批量样品，采用该方法就显得繁琐，效率低下。

本文主要介绍Excel在GPC检测聚羧酸减水剂中校准的应用。在整个检测过程中，同种条件下固定浓度的淋洗液的保留时间一定，因此可通过淋洗液的保留时间来校准检测过程中其他样品的保留时间，达到校准检测样品保留时间偏移的目的。检测仪器的波动对相对分子质量检测结果的影响较大，可从软件中导出GPC检测样品采集的原始数据（时间与电信号），根据淋洗液保留时间一定来准确计算样品的相对分子质量。

1 实验部分

1.1 仪器与样品

Waters 1515 GPC仪器，配置2414示差检测器，亲水性色谱柱（7.8 mm×300 mm）；色谱性填充物孔径分别为 120，250，500 μm。

流动相为1.0 mol/L的NaNO3水溶液，标准样品为11个不同相对分子质量的聚乙二醇（PEG）标准样品。

1.2 数据处理

根据标准样品重均相对分子质量-平均淋出体积作对应的标准曲线，当色谱柱的直径和流速一定时，体积和保留时间成正比。建立导出原始Excel数据的方法，复制对应标准样品曲线及相对分子质量与体积的方程式（见图1）。

图1 聚羧酸校准曲线

根据标准曲线等式，写出Log(Mp)（Mp为各峰值处的相对分子质量），Mp的公式。再根据以上公式计算谱图中及相关面积。

在标准样品检测过程中，流动相的保留时间一定，可以将标准样品的这一时间定义为流动相标准保留时间，利用其对检测样品的保留时间进行校准。保持流动相一致，根据流动相校准的保留时间来校准仪器波动及外在原因造成的样品保留时间的波动；以谱图第一个主峰出峰时间对应的信号为零点，来校准基线。

式中：ti*为校准后的流出时间，ti为组分i的流出时间，tr溶剂为溶剂峰起始流出时间，tr标样溶剂为标样溶剂峰起始流出时间。

其中，溶剂保留时间是原始数据中wi的最小值对应的ti；采用Excel公式可快速、方便地在4000多个原始点中查到该最小值。

流速为1 mol/L时，ti*的值等于校准后的流出体积 Vi*的值，将 ti*代入式（1）中，计算出 Mi*。

校准基线时，以主峰出峰对应的起始点为零点（w0），校准后的wi*=wi-w0。

根据GPC谱图，导出谱图原始数据，各峰起始、终止时间按式（4）进行校准，然后根据校准后的时间重新计算各峰面积，同时也可求出各峰面积比。

对应峰值：

式中：wi*为校准后组分i的质量；Mi*为校准后组分i的相对分子质量；Vi*为校准后组分i的流出体积。

2 结果与讨论

根据以上计算方法，利用Excel软件中公式的自动化写好相应的公式，然后导出GPC原始数据和谱图，计算出样品的各峰峰值及面积。在表1中，计算所得标准样品的峰值相对分子质量与标准值相差均在±5%以内，说明曲线准确，表明利用Excel校准各样品是可行的。

表1 标准样品相对分子质量计算

系统误差影响每次检测样品的保留时间，为了快速准确地校准样品，且保证检测结果的准确性，可通过以上方法来校准检测结果。首先正常进样检测，无需每次用标准样品进样结果进行对比，只需将样品原始数据导入相应的Excel中，即可根据公式自动计算校准后谱图中各峰的峰值及对应的相对分子质量。

从样品谱图中溶剂保留时间的不同可见仪器波动的影响。对此，可利用样品溶剂峰相对于标准溶剂峰的保留时间系数来校准样品的整个流出时间，从而达到校准谱图各峰的保留时间及相对分子质量的目的。表2是3个聚羧酸减水剂样品相应的溶剂保留时间及相对分子质量对比结果：溶剂保留时间延长，相对分子质量检测结果偏小；溶剂保留时间缩短，相对分子质量检测结果偏大。

3 结语

在利用同一仪器对同种物质进行检测的过程中，电压波动、每批溶剂的细小差别都会影响样品各峰的保留时间，从而影响样品相对分子质量的检测结果。从实验结果可见，对于每个样品的检测，固定溶剂保留时间的缩短或延长，会导致对应样品相对分子质量检测结果相应地增大或减小，因此仪器校准是必要的。

表2 相对时间及相对分子质量对比结果

Excel校准法是导出样品原始数据，然后将其复制到Excel对应的表格中，通过软件公式自动进行校准，重新计算样品各峰的相对分子质量，这一过程只需3～5 min，可代替传统的重新进标准样品校准曲线的方法（需用时约3 h），高效地解决了GPC检测聚羧酸减水剂中的校准问题。

[1]虞志光.高聚物分子量及其分布的测定 [M].上海:上海科学技术出版社,1984:331.

[2]陈重西.关于GPC校准线准确程度的探讨[J].色谱,1988,6(2):113-115,100.

[3]于亚萌,谷春秀,鲍尹聪.相对时间法计算凝胶渗透色谱测试大分子分子量和分子量分布 [J].高分子通报,2016(11):54-59.

[4]郑荣平,林倩,李格丽,等.多检测GPC技术在聚羧酸减水剂高分子表征中的应用 [J].现代化工,2015,35(5):179-181.

[5]成跃祖.用TI-59型计算机计算高聚物凝胶色谱的积分分子量分布[J].石油炼制,1992(5):56-59.