不對稱流場場流( Asymmetrical Flow Field-Flow Fractionation; AF4 )分離技術為新近發展的流場分離技術，有別於傳統管柱使用固定相填充材進行層析。本技術藉由調控橫向流速( Cross Flow Rate )可於 AF4 的分離槽形成流場，即可依材料的尺寸、化學組成或密度進行分離，並可進一步與多重偵測器串聯，獲得材料的化性與結構特性之資訊。本文以奈米粒子、生物聚合物與合成高分子為例，介紹此獨特的流場分離技術，所建立的分離檢測方法可應用於材料的開發與品質的監控，並依此研究、預測，加以改進聚合物物性、化性或其動力反應。
場流分離技術介紹
流場場流分離技術自 1966 年由 Prof. J. C.Giddings 提出，因其多元化參數調控具有高度潛力。流場場流分析儀的製造技術主要在德國，設備生產商包括 Postnova 與 Wyatt 二家公司，其技術來源相同。工研院材化所近年來著重在不對稱流場場流分離技術(AF4)之建立，AF4是所有場流分離方法中最普遍使用的方法，它幾乎已經取代了對稱流場場流分離法。場流分離技術的優勢為樣品處理步驟簡單，具有無剪力特性，不會改變樣品型態及破壞結構，因其透過流場機制達到分離目的，且分離槽無固定相（如：多孔濾材、分子篩），所以不會有阻塞情形。
實驗室分析能量
目前工研院材化所已建立的檢測設備，如圖二，包含傳統的凝膠滲透層析儀(Gel Permeation Chromatography; GPC)，以折射率儀(RI)為偵測器，透過標準品建立分子量檢量線，進行材料相對分子量檢測。此技術的成本低，可針對產品原料進行初步的品質管控。整合本實驗室之檢測能量，可有效應用於在材料的合成條件開發、巨分子與超大分子聚集體的檢測、產物的分離純化與鑑定或大分子、膠體、奈米粒子的分離等。
奈米粒子分離技術
不對稱流場場流分離方法的開發可針對影響最佳化分離之因素，包含移動相、薄膜、溝槽大小、外加力場進行調控，藉由偵測器的結果，調整分離參數方可找出最佳化條件。除了調控橫向流速，針對不同類型的材料，藉由選擇不同材質的分離槽隔離膜，如：再生纖維素膜(RC)或聚醚膜(PES)薄膜，因材料對於隔離膜作用力的不同會直接影響分離結果。此外，移動相亦為分離方法開發的重要因素，在奈米材料的分離，界面活性劑常扮演關鍵的角色，藉由上述調控橫向流速、隔離膜類型與移動相種類而建立的奈米粒子分離方法，可進一步應用於環境、化妝品與食品中的奈米粒子檢測。
圖三、以混合聚苯乙烯( PS )粒子為例進行 AF4 橫向流速( Vx )最適化研究，並測試各種尺寸分析物於不同橫向流速下的分離時間，開發奈米粒子的最佳分離方法
材料分子作用力測試
除了材料化性與結構性質分析之外，進一步延伸利用不對稱流場場流分離的特性，改變流場作用力可比較不同尺寸二相粒子之間的作用力，可作為材料篩選或比例調控之依據。以樹脂與奈米無機粒子為例，將 ……以上為部分節錄資料，如欲詳全文請見原文。
圖九、樹脂與奈米無機粒子混和樣品熱效應探討及示意
作者：蘇秋琿、陳春華、黃震宇/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」349期，更多資料請見下方附檔。