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1. 儀器原理︰實驗圖譜分析、動畫模擬2. 儀器操作程序︰儀器操作步驟、影片示範、

注意事項3. 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

時間

(A) 樣品注入 (B) 大小分離(C) 大溶質 析出

(D) 小溶質 析出

填充孔洞

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。

樣品注入

儀器原理樣品注入

(A) 樣品注入 (B) 大小分離(C) 大溶質 析出

(D) 小溶質 析出

滯留時間樣品注入起始點

偵測器連接點 電腦訊號

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。

動畫模擬GPC

GPC Columns GPC 管柱

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

Injector注射口

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)r0

2 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1. 配置沖堤溶液及待測高分子聚合物2. 將流速調為 0.1 ml/min ，沖堤管柱一天3. 依序開機4. 使用時將流速調為 1.0 ml/min 並測定

baseline5. 置入樣品6. 圖譜分析7. 關機（與開機順序相反）

影片示範

注意事項1. 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。2. 樣品需先經過過濾後方可使用。3. 若不長時間使用儀器，則可能需先做基準檢量線圖。4. 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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