粘度法测定水溶性高聚物的相对分子质量.doc

粘度法测定水溶性高聚物的相对分子质量实验目的 测定葡聚糖的相对分子量；掌握乌氏粘度计测定粘度的方法。实验原理 在高聚物的研究中，相对分子质量是一个不可缺少的重要数据。因为它不仅反映了高聚物分子的大小，并且直接关系到高聚物的物理性能。但与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是相对分子质量不等的混合物，因此通常测得的相对分子质量是一个平均值。高聚物相对分子质量的测定方法很多，比较起来，粘度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。 高聚物在稀溶液中的粘度是它在流动过程所存在的内摩擦的反映，这种流动过程中的内摩擦主要有：溶剂分子之间的内摩擦；高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦；以及高聚物分子间的内摩擦。其中溶剂分子之间内摩擦又称为纯溶剂的粘度，以0表示。三种内摩擦的总和称为高聚物溶液的粘度，以表示。实践证明，在同一温度下，高聚物溶液的粘度一般要比纯溶剂的粘度大些，即有0。为了比较这两种粘度，引入增比粘度的概念，以sp表示，。式中：r称之为相对粘度，它是溶液粘度与溶剂粘度的比值，反映的仍是整个溶液粘度的行为，sp则反映出扣除了溶剂分子间的内摩擦以后仅仅是纯溶剂与高聚物分子间以及高聚物分子之间的内摩擦。显而易见，高聚物溶液的浓度变化，将会直接影响到sp的大小，浓度越大，粘度也越大。为此，常常取单位浓度下呈现的粘度来进行比较，从而引入比浓粘度的概念，以sp/c表示。又ln(sp)/c定义为比浓对数粘度。因为c和sp是无因次量，sp/c和ln(sp)/c的单位是由浓度c的单位而定，通常采用g/mL。为了进一步消除高聚物分子间内摩擦的作用，必须将溶液无限稀释，当浓度c趋近零时，比浓粘度趋近于一个极限值，即：，主要反映了高聚物分子与溶剂分子之间的内摩擦作用，称之为高聚物溶液的特性粘度。其数值可通过实验求得。因为根据实验，在足够稀的溶液中有：。这样以sp/c及ln(sp)/c对c作图得两根直线，这两根直线在纵坐标轴上相交于同一点，可求出数值。由溶液的特性粘度还无法直接获得高聚物相对分子质量的数据，目前常用的由半经验的麦克非线性方程来求得。即式中：M为高聚物相对分子质量的平均值，K和为常数，与温度、高聚物性质、溶剂等因素有关，可通过其他方法求得。由上述可以看出高聚物相对分子质量的测定最后归结为溶液特征粘度的测定。而粘度的测定可以按照液体流经毛细管的速度来进行。当液体流动较慢时，动能消耗很小，可忽略。对于同一粘度计来说，根据泊塞勒公式有。考虑到通常测定是在高聚物的稀溶液下进行，溶液的密度卢与纯溶剂的密度内可视为相等，则溶液的相对粘度就可表示为：。由此可见，由粘度法测高聚物相对分子质量，最基础的测定是t0、t、c，实验的成败和准确度取决于测量液体所流经的时间的准确度、配制溶液浓度的准确度和恒温槽的恒温程度、安装粘度计的垂直位置的程度以及外界的震动等因素。仪器与试剂 恒温槽，乌氏粘度计，秒表，吸球，移液管(10mL)，烧杯(100mL)，葡聚糖水溶液（已配好）。实验步骤1安装粘度计 从烘箱中取出洗净烘干的粘度计，在侧管C上端套一软胶管，并用夹子夹紧使之不漏气。调节恒温槽至25。把粘度计垂直放入恒温槽中，使1球完全浸没在水中，放置位置要合适，便于观察液体的流动情况。恒温槽的搅拌马达的搅拌速度应调节合适，不致产生剧烈震动，影响测定的结果。2溶液流出时间的测定 用移液管取l0mL已经配好的葡聚糖溶液，由管A(见右图)注入粘度计中。用吸球将溶液反复抽吸至球1内几次，使混合均匀（葡聚糖搅拌抽吸混合时，容易起泡，不易混合均匀，溶液中分散的微小气泡好像杂质微粒，容易局部堵塞毛细管，所以应注意抽吸的速度）。待恒温后，利用吸球由B处将溶液经毛细管吸入球2和球1中（注意不要将液体吸入吸球内），然后除去吸球使管B与大气相通并打开侧管C的夹子，让溶液依靠重力自由流下。当液面达到刻度线a时，立刻按秒表开始计时，当液面下降到刻度线b时，再按秒表，记录溶剂流经毛细管的时间t1。重复三次，每次相差不应超过0.2秒，取其平均值。如果相差过大，则应检查毛细管有无堵塞现象；察看恒温槽温度是否符合。然后再依次加入5mL溶液蒸馏水，稀释成浓度为2/3、1/2、2/5、1/3的溶液，并分别测定流出时间t2、t3、t4、t5（每个数据重复三次，取平均值）。3溶剂流出时间t0的测定 将溶液倒出，洗净粘度计，用用移液管取l0mL蒸馏水由管A注入粘度计中。待恒温后，用上述方法同样测定溶剂的流出时间t0，每个数据重复三次，取平均值。 实验完毕，粘度计应洗净，然后用洁净的蒸馏水浸泡或倒置使其晾干。为除掉灰尘的影响，所使用的试剂瓶、粘度计应扣在钟罩内，移液管也应用塑料薄膜覆盖(切勿用纤维材料)。 五、数据记录和处理1实验数据记录于下表中： 溶液浓度cg/mol时间s平均时间srspsp/cln(sp)/c1232.0947125.60125.64125.49125.571.344720.344720.164570.14141.3965113.50113.49113.55113.511.215570.215570.154370.139791.0474108.20108.14108.20108.181.158490.158490.151320.140460.6982103.17102.89102.99103.021.103230.103230.147860.140710.5237100.63100.54100.48100.551.076780.076780.146620.14126水93.4293.3793.3493.38-2以sp/c及ln(sp)/c对c作图：从截距求出 0.13983。又，25葡聚糖的K=9.22*10-4，0.5所以M=24156.31注意事项1、 溶液浓度的选择。随着溶液浓度的增加，聚合物分子链之间的距离逐渐缩短，因而分子链间作用力增大。当溶液浓度超过一定限度时，高聚物溶液的sp/c或ln(sp)/c与c的关系不成线性。通常选用r=1.22.0的浓度范围。2、 溶剂的选择。高聚物的溶剂有良溶剂和不良溶剂两种。在良溶剂中，高分子线团伸展，链的末端距增大，链段密度减少，溶液的值较大。在不良溶剂中则相反，并溶解很困难。在选择溶剂时，要注意考虑溶解度、价格、来源、沸点、毒性、分解性和回收等方面的因素。3、 毛细管粘度计的选择。常用毛细管粘度计有乌氏和奥式两种，测分子量选用乌氏粘度计。对2球体积为5mL的粘度计