GPC 컬럼
다양한 유기/무기 소재의 연구개발에 관한 업무를 성심껏 도와드릴 것을 약속합니다.
한국고분자시험연구소㈜에서는 고분자의 분자량측정을 위한 다양한 GPC컬럼을 보유하고 있습니다.
HPLC컬럼의 충진물은 주성분이 Silica-based C18컬럼이 일반적인 반면, GPC컬럼안의 충진물은 주로 가교된 polystyrene bead (divinylbenzene copolymer)가 사용됩니다. 저분자부터 고분자까지 잘 분리되기 위해서는 다양한 pore size를 갖는 GPC컬럼이 필요하게 됩니다. 제품으로는 TSKgel, Shodex, PLGel, Styragel, Jordi 등의 다양한 컬럼제품이 개발되어 있습니다. 제조사마다 충진물질은 조금씩 다르고, 분리성능에도 영향을 미칩니다. pore크기의 다양성 및 내구성, 고분자와 분리시키는 물질과의 흡착문제을 덜 일으키는 컬럼이 좋은 컬럼이 됩니다. 본 한국고분자시험연구소에는 다양한 제조회사들의 컬럼들을 보유하고 있고, 분석하고자 하는 고분자물질의 종류, 그 물질의 분자량 영역, 흡착가능성에 따라, 적합한 컬럼을 선택하고 있습니다.
HPLC 충진재와 GPC 충진재의 화학구조
GPC 컬럼은 약 150~300 mm 길이, 내경 4.5~7.5 mm 의 금속관으로 되어 있고, 컬럼 내부에는, 분산중합으로 특수제조된 아주 작은 고분자 겔입자들 (3~20 m의 bead)로 충진되어 있습니다. 전형적인 GPC컬럼은 대개 길이 30 cm 컬럼이 일반적이었으나, 최근 더 빠른 시간으로 분석되도록 15 cm short column들이 개발되고 있습니다. 컬럼내 입자들의 현미경사진을 아래 그림에 나타내었습니다. 이 입자는 전개용매에 용해되지 않도록 divinylbenzene(DVB)으로 화학적 가교 (crosslinking)가 되어 있는 가교 polystyrene입니다. 따라서 컬럼내의 고분자 입자는 전개용매에 팽윤(swelling)된 상태로 존재하게 됩니다. 또한 입자에는 스폰지표면처럼 미세한 pore (50~106 Å의 pore size)을 갖도록 제조되어, 이 입자의 pore들 사이로 고분자들이 빠져 나오게 되는 것입니다.
이 GPC 컬럼안에서 어떠한 원리로 고분자가 크기별로 분리되는지 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
GPC 컬럼 내 beads의 전자현미경사진
GPC 컬럼의 분리과정
일단 위 그림과 같이 어떤 GPC 컬럼에 THF 용매가 계속 이동하고 있고, 3가지 분자량대의 고분자표준물질 polystyrene (Blue, Green, Red)을 THF 용매에 녹여 어떤 GPC 컬럼을 통과시킨다고 가정합시다. 컬럼내부는 수많은 마이크로입자들로 충진되어 있고, 각 입자표면에는 100 Å의 포어 (pore)들로 존재합니다. 용해된 고분자는 전개용매와 함께 입자들의 좁은 공간사이를 이동하여 밖으로 유출될 것입니다. 만일 고분자의 크기, 랜덤코일의 반경이 100 Å보다 크면(파란색 고분자), 입자내부로 깊이 침투할 수 없기 때문에 입자의 외부로만 이동하다가 용매의 유속에 의해서 컬럼밖으로 빨리 유출될 것입니다. 한편, 작은 크기의 고분자(빨간색 고분자), 랜덤코일의 반경이 100 Å보다 작은 고분자는 입자내부로 침투되어 그 곳에서 머물수 있는 시간 (retention time)이 길어지고, 결국 용매의 유속에 의하여 컬럼밖으로 느리게 유출됩니다. 즉, 분자량이 큰 물질은 컬럼밖으로 유출되는 시간이 빠르고, 분자량이 작은 물질은 컬럼밖으로 유출되는 시간이 느리게 한 원리로 고분자를 크기별로 분별하는 것입니다. 결과적으로 GPC는 유출시간에 따라 Blue, Green, Red가 순서적으로 나오게 되는 크로마토그램을 얻을 수 있습니다.