常見的高分子化合物分子量測試技術

發布于2023-08-15 16:54:15 點擊：0

高分子化合物的相對分子質量與高分子材料的性能有密切聯系，因此選擇合適分子量測試技術非常重要。根據統計方法不同，高分子化合物分子量有數均分子量、重均分子量、粘均分子量以及Z均分子量。不同的類型對應不同的方法，其中，粘度法和凝膠滲透色譜法（GPC法）兩種方法操作簡便，準確度高，目前是實驗室最為常用的兩種方法。

1.高分子化合物的分子量及分子量分散程度

通常，高分子化合物的分子量高達上萬甚至幾十萬。正是由于很高的分子量，使得聚合物具有力學性能，這是低分子化合物所不具備的。

高分子化合物的分子量對其材料的力學強度有密切的聯系。因此，分子量的測試對于高分子材料的應用尤為重要。當分子量較低時，聚合物不具備力學性能；當分子量達到一定程度時，聚合物才表現一定的力學強度，隨后材料的力學強度隨著分子量的增加迅速提高；當聚合物分子量足夠大時，材料力學強度隨著分子量的增加沒有太大的變化。

2.數均分子量測試

常見的方法有：端基滴定法、沸點升高法、冰點降低法、滲透壓法。這些方法主要利用溶液的依數性，屬于相對方法。但由于以上方法操作局限性大，實驗精度不夠，可測試的分子量范圍不廣，基本上了解原理即可。

2.1 端基滴定

如果待測樣品初步估計分子量不大，化學結構明確，且其末端具有能夠通過化學方法進行定量分析的基團，那么可以通過分析一定重量的聚合物中端基數目來確定其分子量，如聚己內酰胺，其末端一端為氨基，一端為羧基。

但是隨著線型聚合物結構單元數的增加，端基在分子鏈中的比例降低，使得實驗誤差增加，故該方法不適用于分子量較大的聚合物。另外，如果待測樣品存在支鏈或者交聯結構，也不適用于該方法。

2.2 沸點升高法、熔點降低法

該方法是利用溶液的依數性測定分子量的經典物理化學方法。所謂依數性，就是溶液的某些性質與溶液的濃度有關，與溶液的化學組成無關。在純溶劑中加入少量的溶質形成稀溶液，其沸點和熔點會發生變化。

2.3 滲透壓

如果用半透膜將樣品池分隔為兩部分，一部分加入純溶劑，另一部分加入濃度已知的聚合物稀溶液，控制起始液面等高度。由于純溶劑與溶液的化學位不相等，溶劑分子能自由穿過半透膜，而聚合物分子無法穿過半透膜，導致兩邊液面出現高度差，當溶劑分子穿越速率與兩側靜壓力差達成動態平衡后，兩側液面高度差將保持不變，而此時，液面的高度差與溶液的滲透壓成正比。

3.重均分子量的測試

主要有光散射法、小角激光光散射法、超速離心沉降法等，但超速離心沉降法操作過程復雜，逐漸有被光散射法以及GPC法代替的趨勢。其中，光散射法是較為經典的測試方法，屬于相對方法，本文僅對光散射法展開詳細說明。

3.1 光散射法

該方法基于聚合物溶液光學性能的不均勻性，通過測定聚合物溶液中光散射現象，建立聚合物溶液濃度與相對分子質量之間的關系。

當入射光通過某種介質時，部分光線不改變光路，而部分光線的傳播方向發生散射或折射。散射光方向與入射光方向夾角為θ，成為散射角。而發生散射光的質點稱為散射中心，散射中心與觀察點的距離為觀察距離r。散射光的強度與散射質點發出的散射光是否相互干渉有關。