Gel Permeation Chromatography 膠體滲透層析儀 輔仁大學 化學系 化學實驗數位學習平台之建立
大綱 儀器原理︰實驗圖譜分析、動畫模擬 儀器操作程序︰儀器操作步驟、影片示範、 注意事項 參考資料
儀器原理 高分子聚合物大多為長鏈且分子量高的物質，但由於碳鏈和碳鏈之間結合的數目不相同，因此高分子分子量有一定的分布。 Gel Permeation Chromatography （膠體滲透層析儀），便是用於測量高分子聚合物的平均分子數、平均分子量，以及分子量的分布。 通常Gel Permeation Chromatography也被稱為Size Exclusion Chromatography。
儀器原理 GPC是先將聚合物溶於溶劑（通常為溶解度高的溶劑，例如：Tetrahydrofuran 、 Chloroform 、 Toluene等）中，經動相（Mobile Phase）沖提，藉由不同分子量之間的高分子與靜相（Stationary Phase）的大小顆粒不同，造成在管柱內滯留時間的不同而分離。 較高分子量的聚合物在管柱的滯留時間較短，分子量較低的聚合物則因可通過管柱孔洞而滯留時間較長，藉此得知此聚合物分子量的分布。
儀器原理 GPC管柱和一般管柱的差異： GPC所使用之填充物 是由具有均勻之孔洞 網狀構造，而能讓溶 質與溶劑分子擴散進 入其中的矽膠或是聚 合物顆粒所構成。 一般的管柱通常為C18 或是 Silica Gel。 ←吸附式管柱 ↑分離式管柱 ←顆粒式管柱
儀器原理 (C)大溶質 析出 (D)小溶質 析出 (A)樣品注入 (B)大小分離 樣品注入 填充孔洞 時間 當樣品注入管柱時，根據流體力學，高分子通過靜相（Stationary Phase）時，因為大小不一而被分離，分子量較小的高分子會被填充孔洞阻擋而流速變慢。反之，分子量較大的高分子則順利通過，先被偵測。
儀器原理 (C)大溶質 析出 (D)小溶質 析出 (A)樣品注入 (B)大小分離 樣品注入 偵測器連接點 電腦訊號 樣品注入起始點 滯留時間
Mobile Phase （Solvent） 動相溶劑 Solvent Delivery System 儀器原理 Mobile Phase （Solvent） 動相溶劑 PUMP 加壓幫浦 Solvent Delivery System 溶劑沖提系統 Injector 注射口 GPC Columns GPC管柱 Detector(s) 偵測器 Recorder 記錄器（電腦） Sample 樣品 Waste/Collect 廢液收集
實驗圖譜分析 由此Peak可以看出高分子的分布，並可以得知平均分子量。 因為不同的管柱填充物，會造成聚合物在管柱中的滯留時間皆不相同，所以需要基準點，因此得知的數據皆為相對基準點的分子數和分子量。
Solvent Delivery System 動畫模擬 GPC Columns GPC管柱 GPC Injector 注射口 Waste/Collect 廢液收集 Detector(s) 偵測器 PUMP 加壓幫浦 Solvent Delivery System 溶劑沖提系統
儀器操作步驟 由於GPC為相對莫耳重，所以儀器必須先校正（Calibration ）。 公式 [η]為本質黏度(intrinsic viscosity) M為分子量(molecular weight) Φ為常數(universal constant) r02 為均方根尾端與尾端距離 (root-mean-square end-to-end distance) 一般來說，以polystyrene為基準，分子量為103~106，polydispersity約1.15。
儀器操作步驟 配置沖堤溶液及待測高分子聚合物 將流速調為0.1 ml/min ，沖堤管柱一天 依序開機 使用時將流速調為1.0 ml/min並測定baseline 置入樣品 圖譜分析 關機（與開機順序相反）
影片示範
注意事項 為了確保整個系統中沒有多餘的氣泡以及雜質，溶液必須先經過除氣過濾的步驟。且整個系統必須先沖提一天。 樣品需先經過過濾後方可使用。 若不長時間使用儀器，則可能需先做基準檢量線圖。 平常不使用時，流速通常保持在0.1 ml/min，使用時在調至1.0 ml/min。
參考資料 Daniel C. Harris (2003) Sixth edition Quantitative Chemical Analysis L. H. Sperling Fourth edition (2006) Introduction to Physical Polymer Science http://www.perkinelmer.com/
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