光散射法測(cè)定聚合物的重均分子量及分子尺寸Word版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！實(shí)驗(yàn)三 光散射法測(cè)定聚合物的重均分子量及分子尺寸光散射法是一種高聚物分子量測(cè)定的絕對(duì)方法，它的測(cè)定下限可達(dá)5×103，上限為107。光散射一次測(cè)定可得到重均分子量、均方半徑、第二維利系數(shù)等多個(gè)數(shù)據(jù)，因此在高分子研究中占有重要地位，對(duì)高分子電解質(zhì)在溶液中的形態(tài)研究也是一個(gè)有力的工具。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光散射法測(cè)定聚合物重均分子量的原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)。2用zimm雙外推作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。并計(jì)算試樣的重均分子量、均方末端距及第二維利系數(shù)。二、基本原理圖3-1一束光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，在入射光方向以外的各個(gè)方向也能觀察到光強(qiáng)的現(xiàn)象稱為光散射現(xiàn)象。光

2、波的電場(chǎng)振動(dòng)頻率很高，約為1015/s數(shù)量級(jí)，而原子核的質(zhì)量大，無(wú)法跟著電場(chǎng)進(jìn)行振動(dòng)，這樣被迫振動(dòng)的電子就成為二次波源，向各個(gè)方向發(fā)射電磁波，也就是散射光。因此，散射光是二次發(fā)射光波。介質(zhì)的散射光強(qiáng)應(yīng)是各個(gè)散射質(zhì)點(diǎn)的散射光波幅的加和。光散射法研究高聚物的溶液性質(zhì)時(shí)，溶液濃度比較稀，分子間距離較大，一般情況下不產(chǎn)生分子之間的散射光的外干涉。若從分子中某一部分發(fā)出的散射光與從同一分子的另一部分發(fā)出的散射光相互干涉，稱為內(nèi)干涉。假若溶質(zhì)分子尺寸比光波波長(zhǎng)小得多時(shí)（即1/20,是光波在介質(zhì)里的波長(zhǎng)），溶質(zhì)分子之間的距離比較大，各個(gè)散射質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的散射光波是不相干的；假如溶質(zhì)分子的尺寸與入射光在介質(zhì)里的

3、波長(zhǎng)處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，那末同一溶質(zhì)分子內(nèi)各散射質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的散射光波就有相互干涉，這種內(nèi)干涉現(xiàn)象是研究大分子尺寸的基礎(chǔ)。高分子鏈各鏈段所發(fā)射的散射光波有干涉作用，這就是高分子鏈散射光的內(nèi)干涉現(xiàn)象，見(jiàn)圖3-1。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！關(guān)于光散射，人們提出了升落理論。這個(gè)理論認(rèn)為：光散射現(xiàn)象是由于分子熱運(yùn)動(dòng)所造成的介質(zhì)折光指數(shù)或介電常數(shù)的局部升落所引起的。將單位體積散射介質(zhì)（介電常數(shù)為）分成n個(gè)小體積單元，每個(gè)單元的體積大大小于入射光在介質(zhì)里波長(zhǎng)的三次方，即但是小體積單元，仍然是足夠大的，其中存在的分子數(shù)目滿足作統(tǒng)計(jì)計(jì)算的要求。 由于介質(zhì)內(nèi)折光指數(shù)或介電常數(shù)的局部升落

4、，介電常數(shù)應(yīng)是。假如，各小體積單元內(nèi)的局部升落互不相關(guān)，在距離散射質(zhì)點(diǎn)r，與入射光方向成角處的散射光強(qiáng)為（見(jiàn)圖3-2）圖3-2 （1）上式中0為入射光波長(zhǎng)；ii為入射光的光強(qiáng)；是介電常數(shù)增量的平方值；是小體積單元體積；n為小體積單元數(shù)目。經(jīng)過(guò)一系列推導(dǎo)（較為繁瑣，從略），可得光散射計(jì)算的基本公式：-（2）式中（為阿佛加德羅常數(shù)，n為溶液折光指數(shù)，c為溶質(zhì)濃度），為瑞利比，為散射角，為均方末端距，a2第二維利系數(shù)。具有多分散體系的高分子溶液的光散射，在極限情況下（即0及c0）可寫成以下兩種形式：-（3）傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！-（4）圖3-3如果以對(duì)作圖，外推至c0

5、，0，可以得到兩條直線，顯然這兩條直線具有相同的截距，截距值為，因而可以求出高聚物的重均分子量。這就是圖3-3表示的zimm的雙重外推法。從 0的外推線，其斜率為2a2，第二維利系數(shù)a2，它反映高分子與溶劑相互作用的大??；c0的外推線的斜率為。從而，又可求得高聚物z均分子量的均方末端距。這就是光散射技術(shù)測(cè)定高聚物的重均分子量的理論和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。三、儀器與藥品圖3-4傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！dawn eos多角度激光光散射儀、示差折光計(jì)、壓濾器、容量瓶、移液管、燒結(jié)砂芯漏斗等。 聚苯乙烯、苯等。光散射儀的示意如圖3-4。其構(gòu)造主要有4部分：光源。一般用中壓汞燈，43

6、5.8nm或546.1nm；入射光的準(zhǔn)直系統(tǒng)，使光束界線明確；散射池。玻璃制品，用以盛高分子溶液。它的形狀取決于要在幾個(gè)散射角測(cè)定散射光強(qiáng)，有正方形、長(zhǎng)方形、八角形、圓柱形等多種形狀，半八角形池適用于不對(duì)稱法的測(cè)定，圓柱形池可測(cè)散射光強(qiáng)的角分布；散射光強(qiáng)的測(cè)量系統(tǒng)，因?yàn)樯⑸涔鈴?qiáng)只有入射光強(qiáng)的10-4，應(yīng)用光電倍增管使散射光變成電流再經(jīng)電流放大器，以微安表指示。各個(gè)散射角的散射光強(qiáng)可用轉(zhuǎn)動(dòng)光電管的位置來(lái)進(jìn)行測(cè)定，或者采用轉(zhuǎn)動(dòng)入射光束的方向來(lái)進(jìn)行測(cè)定。示差折光計(jì)示意圖見(jiàn)圖3-5。圖3-5四、實(shí)驗(yàn)步驟1待測(cè)溶液的配制及除塵處理（1）用100ml容量瓶在25準(zhǔn)確配制11.5g/l的聚苯乙烯苯溶液，濃度

7、記為c0。（2）溶劑苯經(jīng)洗滌、干燥后蒸餾兩次。溶液用5砂芯漏斗在特定的壓濾器加壓過(guò)濾以除塵凈化。2折光指數(shù)和折光指數(shù)增量的測(cè)定分別測(cè)定溶劑的折光指數(shù)n及5個(gè)不同濃度待測(cè)高聚物溶液的折光指數(shù)增量，n和分別用阿貝折光儀和示差折光儀測(cè)得。由示差折光儀的位移值d對(duì)濃度c作圖，求出溶液的折光指數(shù)增量。如前所述，為阿佛加德羅常數(shù)，入射光波長(zhǎng)0546nm，溶液的折光指數(shù)在溶液很稀時(shí)可以用溶劑的折光指數(shù)代替。n苯251.4979，聚苯乙烯-苯溶液的，其文獻(xiàn)值為0.106cm-3·g-1。（以上兩數(shù)據(jù)可與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。）當(dāng)溶質(zhì)、溶劑、入射光波長(zhǎng)和溫度選定后，k是一個(gè)與溶液濃度、散射角以及溶質(zhì)分子量無(wú)

8、關(guān)的常數(shù)，預(yù)先計(jì)算。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！3參比標(biāo)準(zhǔn)、溶劑及溶液的散射光電流的測(cè)量光散射法實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)定瑞利比，式中是距離散射中心r（夾角為）處所觀察到的單位體積內(nèi)散射介質(zhì)所產(chǎn)生的散射光。ii是人射光強(qiáng)。通常液體在90°下的瑞利比r90°值極小，約為10-5的數(shù)量級(jí)，作絕對(duì)測(cè)定非常困難。因此，常用間接法測(cè)量，即選用一個(gè)參比標(biāo)準(zhǔn)，它的光散射性質(zhì)穩(wěn)定，其瑞利比 r90°已精確測(cè)定，獲大家公認(rèn)，（如苯、甲苯等）。本實(shí)驗(yàn)采用苯作為參比標(biāo)準(zhǔn)物，已知在546nm，則有，、是純苯在 0°，90°的檢流計(jì)讀數(shù)，為儀器常數(shù)。（1）

9、測(cè)定絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)液（苯）和工作標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊在90°時(shí)散射光電流的檢流計(jì)讀數(shù)。（2）用移液管吸取10ml溶劑苯放入散射池中，記錄在角為0°，30°，45°，60°，75°，90°，105°，120°，135°等不同角度時(shí)的散射光電流的檢流計(jì)讀數(shù)。（3）在上述散射池中加入2ml聚苯乙烯-苯溶液（原始溶液c0）、用電磁攪拌均勻，此時(shí)溶液的濃度為c1。待溫度平衡后，依上述方法測(cè)量30°150°各個(gè)角度的散射光電流檢流計(jì)讀數(shù)。（4）與（3）操作相同，依次向散射池中再加入聚苯乙烯-苯的原始溶液

10、（c0）3ml，5ml，10ml，10ml，10ml等，使散射池中溶液的濃度分別變?yōu)閏2、c3、c4、c5、c6等，并分別測(cè)定30°150°各個(gè)角度的散射光電流，檢流計(jì)讀數(shù)、等。測(cè)量完畢，關(guān)閉儀器，清洗散射池。五、數(shù)據(jù)處理1實(shí)驗(yàn)測(cè)得的散射光電流的檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)讀數(shù)記錄在下表中。傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！2瑞利比r的計(jì)算：光散射實(shí)驗(yàn)測(cè)定的是散射光光電流g，還不能直接用于計(jì)算瑞利比r。由于，用檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)讀數(shù)，則有入射光恒定，（）溶液（）溶劑，則上式可簡(jiǎn)化為式中、是溶液、純?nèi)軇┰诮堑臋z流計(jì)讀數(shù)。數(shù)據(jù)處理為書寫方便，令橫坐標(biāo)是，其中k可任意選取。目的是使圖形張開(kāi)成清晰的格子。k可選102或103。將各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果列表如下：傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！3作zimm雙重外推圖。4將各角的數(shù)據(jù)畫成的直