Gel Permeation Chromatography 膠體滲透層析儀

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1 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

2 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

3 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。

4 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。

5 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

6 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。

7 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

8 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

9 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。

10 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

11 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。

12 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）

13 影片示範

14 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。

15 參考資料 Daniel C. Harris (2003) Sixth edition Quantitative Chemical Analysis L. H. Sperling Fourth edition (2006) Introduction to Physical Polymer Science

16 Thank You for Your Attention