理论计算与模拟在高分子的体积排除色谱表征中的应用探讨
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- 英文论文题名：Applications of Macromolecular Theory and Simulations in the Characterization of Polymers by Size Exclusion Chromatography
- 论文作者：王衍伟
- 英文论文作者：Yanwei Wang ; College of Chemistry ; Chemical Engineering and Materials Science ; Soochow University
- 年：2016
- 作者机构：苏州大学材料与化学化工学部;
- 论文关键词：体积排除色谱 ; 大分子体系理论计算与模拟 ; 拓扑结构高分子 ; 平衡分配系数 ; 淋出曲线
- 会议召开时间：2016-08-25
- 会议录名称：中国化学会2016年软物质理论计算与模拟会议论文摘要集
- 语种：中文
- 分类号：O631.6
- 学会代码：ZGHY
- 会议名称：中国化学会2016年软物质理论计算与模拟会议
- 会议地点：中国天津
- 主办单位：中国化学会
- 学会名称：中国化学会
- 页数：2
- 文件大小：137k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
体积排除色谱是高分子科学和高分子工业中常用的根据高分子在稀溶液中的尺寸来对其进行分离和分子量表征的重要手段。这一工作的目的是探索计算机模拟在定量分析高分子的体积排除色谱表征中的应用,通过理论方法的构建、高分子链模型的比较、和多种高分子链构象模拟方法的灵活运用,实现通过理论计算与模拟来描述和预测高分子试样在体积排除色谱表征中的淋出曲线的目标,为更透彻的理解体积排除色谱对复杂拓扑结构高分子的表征结果提供理论指导。我们的出发点是描述体积排除色谱分离机理的平衡排除理论[1],在此理论框架下,高聚物分子的淋出体积是由其在宏观的流动相和微观的孔体积中的平衡分配系数所决定,通过构建物料平衡方程,可以得到高分子的淋出曲线的解析表达式。我们提出了一套基于高分子在自由溶液中的构象样本计算高分子在微孔中的平衡分配系数的算法,称之为"the confinement analysis from bulk structures(CABS)method"[2-5],利用这一方法,可以方便的计算高分子在不同尺寸大小的模型孔(比如平行板狭缝或者圆柱形孔)中的平衡分配系数。在研究中我们发现,在与高分子的体积排除色谱分离有关的平衡分配系数范围内,高分子在微孔中的平衡分配系数与其平均跨度之间存在近乎普适的依赖关系,即具有不同链拓扑结构(比如线形,星形,梳形,环形等)的高分子,如果它们具有相同的平均跨度,则它们具有近似相同的在微孔中的平衡分配系数,据此我们提出了体积排除色谱是依据高分子的平均跨度进行分离的概念,并利用文献中的实验数据对此进行了考察[5-7]。在体积排除色谱对拓扑结构高分子的表征中,通常报道拓扑结构高分子的体积排除色谱表观分子量(记作MGPC)与其真实分子量(记作M_(true))之间的比值。M_(true)通常由NMR、光散射等绝对分子量表征手段测得,而MGPC为其淋出体积所对应的线形标准样品的分子量。在平衡排除理论的框架下,我们也对这一比值,MGPC?M_(true),进行了预测[7]。
Size Exclusion Chromatography(SEC),also known as Gel Permeation Chromatography(GPC),is one of the most prevalent dilute-solution characterization technique for polymers in general,and this is also true for topological polymers,i.e.,polymers of non-linear topologies comprising branched or cyclic sub-chains.The aim of this project is to apply macromolecular theory and simulations to the analysis of SEC measurements,especially for polymer samples with complex chain architecture.We seek to develop an improved understanding of SEC elugrams of topological polymers by theory and simulations.Through exploring the separation mechanisms of SEC,developing a theoretical framework for the prediction of SEC elugrams,and applications of various macromolecular conformation sampling methods,this project delivers results concerning equilibrium sizes of various polymers in dilute solution and their equilibrium partition coefficients in confining pores due to steric exclusion.Based on those results,their elution curves in SEC measurements are predicted.
Size Exclusion Chromatography(SEC),also known as Gel Permeation Chromatography(GPC),is one of the most prevalent dilute-solution characterization technique for polymers in general,and this is also true for topological polymers,i.e.,polymers of non-linear topologies comprising branched or cyclic sub-chains.The aim of this project is to apply macromolecular theory and simulations to the analysis of SEC measurements,especially for polymer samples with complex chain architecture.We seek to develop an improved understanding of SEC elugrams of topological polymers by theory and simulations.Through exploring the separation mechanisms of SEC,developing a theoretical framework for the prediction of SEC elugrams,and applications of various macromolecular conformation sampling methods,this project delivers results concerning equilibrium sizes of various polymers in dilute solution and their equilibrium partition coefficients in confining pores due to steric exclusion.Based on those results,their elution curves in SEC measurements are predicted.
引文
[1]施良和编.凝胶色谱法.北京:科学出版社,1980
[2]Wang,Y.;Peters,G.H.;Hansen,F.Y.;Hassager,O.J.Chem.Phys.2008,128:124904
[3]Wang,Y.;Hansen,F.Y.;Peters,G.H.;Hassager,O.J.Chem.Phys.2008,129:074904
[4]Wang,X.;Tang,M.;Wang,Y.Macromol.Theory Simul.2015,24:490-499.
[5]Wang,Y.;Teraoka,I.;Hansen,F.Y.;Peters,G.H.;Hassager,O.Macromolecules 2010,43:1651-1659.
[6]Wang,Y.;Teraoka,I.;Hansen,F.Y.;Peters,G.H.;Hassager,O.Macromolecules 2011,44:403-412.
[7]Zhu,L.;Wang,X.;Li,J.;Wang,Y.Macromol.Theory Simul.2016,DOI:10.1002/mats.201600033
[2]Wang,Y.;Peters,G.H.;Hansen,F.Y.;Hassager,O.J.Chem.Phys.2008,128:124904
[3]Wang,Y.;Hansen,F.Y.;Peters,G.H.;Hassager,O.J.Chem.Phys.2008,129:074904
[4]Wang,X.;Tang,M.;Wang,Y.Macromol.Theory Simul.2015,24:490-499.
[5]Wang,Y.;Teraoka,I.;Hansen,F.Y.;Peters,G.H.;Hassager,O.Macromolecules 2010,43:1651-1659.
[6]Wang,Y.;Teraoka,I.;Hansen,F.Y.;Peters,G.H.;Hassager,O.Macromolecules 2011,44:403-412.
[7]Zhu,L.;Wang,X.;Li,J.;Wang,Y.Macromol.Theory Simul.2016,DOI:10.1002/mats.201600033