原理 - 輔仁大學化學系FJU Chemistry

Report
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.
2.
3.
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
(A)樣品注入
(B)大小分離
(C)大溶質
析出
(D)小溶質
析出
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
(A)樣品注入
(B)大小分離
(C)大溶質 (D)小溶質
析出
析出
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
儀器原理
Mobile Phase
(Solvent)
動相溶劑
GPC Columns GPC管柱
Injector
注射口
PUMP 加壓幫浦
Solvent Delivery System
溶劑沖提系統
Sample
樣品
Waste/Collect
廢液收集
Detector(s)
偵測器
Recorder
記錄器(電腦)
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 Columns GPC管柱
Injector
注射口
PUMP 加壓幫浦
Solvent Delivery System
溶劑沖提系統
GPC
Waste/Collect
廢液收集
Detector(s)
偵測器
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
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
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
1.
2.
3.
4.
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
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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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