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编辑 | 任紀煙
引言
聚合物通常是在各种分子特性上不均匀的混合物，要对聚合物进行精确的表征，需要解决所有这些分子特性的分布，这通常是不可能的任务，分析有限数量的分子特性通常已足够。
液相色谱是用于此目的最广泛使用的工具，在仪器设备和分离机制的理解方面，在过去的半个世纪取得了显著的进展。回顾了为聚合物分离开发的各种。
色谱技术
除了一些生物聚合物外，大多数合成和天然聚合物在分子量（MW）、化学成分、链结构等方面都不是均匀的，分子特性的分布反映在聚合物材料的最终性能中，准确表征这些分布对于聚合物材料的设计和性能控制非常重要。为了分析聚合物样品的多变量分布，首先需要根据所关注的分子特性将聚合物样品分离，液相色谱（LC）是最常用的技术。
在众多液相色谱方法中，凝胶渗透色谱（SEC）在聚合物的分子量分布（MWD）分析中被广泛使用，SEC利用聚合物链在填充有多孔球形颗粒的液相色谱柱的孔隙和间隙体积之间的分布平衡来分离聚合物分析物。在理想的SEC分离中，柱填充材料不应吸附聚合物，
聚合物的分布平衡仅由于聚合物链从孔隙中熵排斥效应而产生，SEC洗脱溶剂通常是对聚合物分析物具有强（促进脱附）作用的溶剂。（溶剂强度与热力学溶剂质量是不同的概念，但强溶剂通常是良溶剂。） SEC分离在速度和所需样品量方面优于其他经典的分馏方法。
SEC分离可以与各种检测器结合使用，例如光散射和粘度检测器，可以在线测量绝对分子量和内禀粘度，并结合浓度检测器，如紫外吸收或差示折射率检测器。
需要注意其局限性，SEC根据聚合物的流体动力学尺寸分离聚合物，虽然对一种分子特性的敏感分离当然是一个显著的优点，正如SEC中的通用校准原理一样，SEC分离无法区分链结构或化学组成等其他分子特性，超过了洗脱溶剂中的链大小。
SEC的分辨率受到分离方法的色带展宽的限制，尽管色带展宽是色谱中的普遍现象，但在聚合物的MWD表征中需要仔细考虑，因为聚合物样品的洗脱峰是MWD和仪器色带展宽的卷积乘积。
为了补充SEC的局限性，另一种利用分析物与静止相之间的焓相互作用的LC方法，称为液相吸附色谱或相互作用色谱，在近年来越来越多地被使用。从原理上讲，它与用于分离小分子的典型高效液相色谱（HPLC）方法并无二致，将使用相互作用色谱（IC）一词与SEC进行对比。
由于IC分离基于聚合物分析物与静止相（柱填充材料表面）之间的相互作用，分析物在流动相和静止相之间的分布平衡对于聚合物的分子量和化学性质都是敏感的。IC分离所使用的洗脱溶剂通常是较弱（促进吸附）的溶剂，以产生适当的相互作用强度。
在仪器方面，SEC和IC本质上是相同的液相色谱方法， 只是静止相（柱）和流动相 （洗脱溶剂）的选择不同。通过改变洗脱溶剂（如果使用混合溶剂则是组成）或柱温，IC和SEC的分离模式甚至可以在同一静止相中互相转换。显示了溶剂组成和柱温对窄MWD聚苯乙烯样品的SEC/IC保留的影响。
固定洗脱剂组成为57/43（体积比），在不同柱温下进行温度的影响，等温色谱图在图中标有不同的柱温，CAP条件是在CH2Cl2/CH3CN = 57/43（体积比）的组成和30.5°C的柱温下建立的，垂直虚线表示进样溶剂峰的洗脱时间。
在聚合物的液相色谱分离中，存在一种有趣的从SEC模式过渡到IC模式的行为，被称为临界吸附点（CAP），这种行为是聚合物链与多孔固定相的排斥和相互作用效应的抵消结果。在该点上，聚合物链从未吸附状态转变为吸附状态。
相互作用色谱
利用薄层色谱开始了聚合物的相互作用色谱分离，他们成功地实现了根据组成分离共聚物，根据分子量分离同聚物的目标，通过改变溶剂组成观察到了SEC和IC之间的过渡行为。随后，采用柱层析技术进行了更高分辨率的IC分离。
相互作用色谱利用聚合物溶质与固定相之间的相互作用，能够根据化学组成分布（CCD）、*能官**团性质以及分子量分布（MWD）对聚合物进行分离。 相互作用色谱 中的带宽展宽比SEC小得多。
温度梯度相互作用色谱法（TGIC）对14种标准聚苯乙烯进行了分离，展示了色谱法的高分辨率，显示了色谱柱的温度程序，移动相为二氯甲烷/*腈乙**的混合物（57/43，体积比）。使用了一根单一C18键合硅胶色谱柱（Nucleosil C18，250 x 2.1 mm，5 μm，100 Å），流速为0.1 mL/min，TGIC比GPC显示出更低的Mw/Mn值，表明TGIC比GPC具有更高的分辨率。
温度梯度相互作用色谱法（TGIC）的色谱技术，用于对14种标准聚苯乙烯进行分离，通过在色谱柱中应用不同的温度梯度，实现了高分辨率的分离，移动相是二氯甲烷和*腈乙**的混合物，所使用的色谱柱是一根C18键合硅胶色谱柱。
尺寸为250 x 2.1毫米，粒径为5微米，孔径为100埃，流速为0.1毫升/分钟，与常规凝胶渗透色谱（SEC）相比，TGIC显示出更低的Mw/Mn值，表明TGIC具有更高的分辨率能力。
相对于常规凝胶渗透色谱（SEC），相互作用色谱（IC） 对多种分子特性的敏感性是其优点之一，由于聚合物的保留受到多个因素的控制，IC分离的结果通常更加复杂，具有分子特性广泛分布的聚合物样品的IC保留可以有很大的变化。
以一个例子来说，同质聚合物溶质的相互作用能量预期与分子量成正比，而聚合物溶质的保留（与分布平衡常数成正比）随着其分子量的增加呈指数增加。对于具有宽分子量分布的聚合物样品进行等温等组分IC洗脱在实际上是不可能的。
为了克服这个问题，通过改变溶剂组成（溶剂梯度洗脱）或者改变柱温（温度梯度洗脱）来控制洗脱过程中的相互作用强度。
在溶剂梯度相互作用色谱中，将溶剂组成从弱洗脱条件逐渐变为强洗脱条件，使得聚合物按照相互作用强度逐渐洗脱，这种方法也被称为梯度聚合物洗脱色谱。
高分子量的统计共聚物在化学组成对应的CAP条件附近洗脱，与分子量无关，溶剂梯度IC是根据化学组成分离随机共聚物或聚合物混合物的强大工具。
在温度梯度相互作用色谱（TGIC）中，洗脱液组成固定在CAP条件附近，并通过程序控制柱温的变化，从IC模式转变为SEC模式。通常情况下，升高柱温有助于在分离过程中促进解吸， 因为假定聚合物的吸附是一个放热过程，溶剂强度随着温度升高而增加。
在少数聚合物-洗脱液-色谱柱系统中也观察到了逆温度依赖性，对于显示逆温度依赖性的聚合物的成功TGIC分离，需要在洗脱过程中降低柱温以增加溶剂强度。一个典型的例子是聚乙二醇-水有机溶剂-C18键合硅胶柱的分离。
逆温度依赖性（保留随着柱温升高而增加）表明聚合物的吸附过程是吸热的，即在能量上是不利的，类似的逆温度依赖性也观察到聚苯乙烯-氯仿/正己烷-裸硅柱以及聚甲基丙烯酸甲酯-1,4-二噁烷/二氯甲烷-裸硅柱中。这表明聚合物链与多孔介质表面之间的吸附不是简单的焓相互作用。
亲水相互作用被提出来解释聚乙二醇与C18键合硅胶固定相之间的逆温度依赖性，尽管溶剂梯度洗脱是一种常见的高效液相色谱（HPLC）技术，用于分离具有广泛分子量分布和/或化学组成分布的样品，但是移动相组成的变化限制了对于组分变化敏感的检测器的使用（例如折射率、光散射和粘度检测器）。
因为会导致较大的背景信号漂移，另一方面，温度梯度洗脱是一种等温洗脱方法，允许选择具有适当温度控制的检测器，与溶剂组成变化相比，温度变化不能像溶剂组成变化那样大幅改变洗脱液的溶剂强度，TGIC适用于需要对溶剂强度进行精细控制而不是大幅改变的聚合物体系的分析。
TGIC已成功应用于按照分子量进行高分辨率分离的同质聚合物，按化学组成分离的聚合物，聚合物混合物的分离，嵌段共聚物中单个块的分离，支化聚合物的分离， 立构性分离和同位素含量分离。
TGIC分离了一组由10种聚苯乙烯（a-k: 1.7k, 5.1k, 11.6k, 22.0k, 37.3k, 68.0k, 114k, 208k, 502k, 1090k, 2890k）和5种聚甲基丙烯酸甲酯（1-5: 1500k, 501k, 77.5k, 8.5k, 2.0k）标准组成的混合物。
使用了三根柱子（Nucleosil C18, 250 x 4.5 mm, 100Ǻ & 500 Ǻ & 1,000Ǻ），流动相是CH2Cl2/CH3CN的混合物。
与IC相关的还有其他的液相色谱（LC）技术之一是屏障法（barrier method），其中分离模式是SEC，样品注射之前注入一个窄的弱溶剂栓（屏障），由于聚合物分析物处于SEC条件下，它们比屏障移动得更快，在分离柱中追上屏障。根据屏障对聚合物种类的溶剂强度，一些聚合物种类（其栓的溶剂强度高于吸附阈值）可以通过屏障，而其他一些则无法通过。
不能通过屏障的聚合物种类会随着屏障溶剂栓的洗脱而稍后出峰，这种方法可以有效地用于分离聚合物混合物，并且可以 使用不同溶剂强度的多个屏障来分离超过两个组分的混合物。
结语
在这种技术中，样品注射之前在SEC柱中产生溶剂强度的梯度（从强到弱），聚合物种类移动得更快，直到达到吸附阈值的溶剂组成，然后与溶剂一起移动。聚合物种类可以根据它们的吸附阈值溶剂组成进行分离。
尽管与SEC相比，其他LC方法作为第二维LC的应用并不常见，但IC × IC和IC × LCCC已被用于比IC × SEC更有效地表征复杂聚合物。IC × IC二维色谱对低分子量嵌段共聚物的分离，实现了对个别寡聚物的完全分辨。
IC作为第二维LC相对较少见，因为IC分离通常不以等温/等温洗脱模式进行，这使得快速/重复运行变得困难。此外，IC洗脱剂通常是弱溶剂，溶剂相容性问题更为严重，通常需要采取额外措施来连接两个具有溶剂相容性问题的IC。
由于LCCC是以等温/等温洗脱模式运行，更容易将其用作第二维LC，如果第一维IC洗脱在CAP条件附近进行，如大多数TGIC分离中一样， 溶剂相容性问题并不严重，因为第一维IC和第二维LCCC使用共同的溶剂。
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