粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量.ppt

化学化工实验中心,物理化学实验课件,制作：张跃华 张其平,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,1、掌握用乌氏粘度计测定黏度的原理和方法2、测定多糖聚合物右旋糖苷的平均相对分子量,一、实验目的,黏度是指液体对流动所表现的阻力，这种力反抗液体中邻接部分的相对移动，因此可看作是一种内摩擦。高聚物稀溶液的黏度，主要反映了流体在流动时存在着内摩擦。其中因溶剂分子之间的内摩擦表现出来的黏度叫纯溶剂黏度，记作0；此外还有高聚物分子之间的内摩擦，以及高分子与溶剂分子之间的内摩擦。三者之和表现为溶液的黏度。在同一温度下，一般来说0。相对于溶剂，其溶液黏度增加的分数，称为增比黏度，记作sp，即,二、实验原理,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,而溶液黏度与纯溶剂黏度的比值称为相对黏度，记作r，即,二、实验原理,r也是整个溶液的黏度行为，sp则意味着已扣除了溶剂分子之间内摩擦效应。两者关系为：sp=r-1对于高分子溶液，增比黏度往往随溶液的浓度c的增加而增加。为了便于比较，将单位浓度下所显示出的增比黏度，即sp/c称为比浓粘度；而lnr/c称为比浓对数黏度。r和sp都是无因次的量。为了进一步消除高聚物分子之间的内摩擦效应，必须将溶液浓度无限稀释，使得高聚物分子相隔极远，其相互干扰可以忽略不计。这时溶液所呈现出的黏度行为基本上反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦。这一黏度的极限值记为：,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,二、实验原理,在c很小时，比浓粘度sp/c和比溶对数粘度lnr/c与溶液的浓度有以下的关系（经验公式）：,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,被称为特性粘度，其值与浓度无关。实验证明，当聚合物、溶剂和温度确定以后，的数值只与高聚物平均相对分子质量有关，它们之间的半经验关系可用Mark Houwink方程式表示：,二、实验原理,式中K为比例常数，是与分子形状有关的经验常数。他们都与温度、聚合物和溶剂的性质有关，在一定的相对分子质量范围内与相对分子质量无关。K和的数值可以通过其他方法确定，如渗透压法、光散射法等。测定液体黏度的方法主要有三类：（1）用毛细管黏度计测定液体在毛细管里的流出时间；（2）用落球式黏度计测定圆球在液体里的下落速率；（3）用旋转黏度计测定液体与同心轴圆柱体相对转动的情况。测定高分子的时，用毛细管黏度计最为方便。毛细管黏度计有奥氏、芬氏和乌氏等多种，基本原理差不多，各有优缺点。当液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时遵守泊肃叶（Poiseuille）定律：,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,二、实验原理,式中为液体的密度；l是毛细管长度；r是毛细管半径；t是流出时间；h是流经毛细管液体的平均液柱高度，g为重力加速度；V是流经毛细管液体的体积；m是与仪器的几何形状有关的常数，在r/l1，可取m=1。,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,，,式中100s时，等式右边第二项可以忽略。设溶液密度与溶剂密度近似相等。这样，通过分别测定溶液和溶剂的流出时间t和t0，就可以算r：,二、实验原理,进而分别计算得到sp、sp/c、r/c值。,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,配置一系列不同浓度的高聚物稀溶液分别进行测定，以 和 为同一纵坐标，对c作图，得到两条直线，分别外推至c=0处，两条直线应该在y轴交汇于一点，截距即为。,外推法求值,三、实验仪器和药品,乌氏黏度计恒温水浴砂芯漏斗（3#）吸滤瓶（250ml）抽气泵移液管（2ml、5ml、10ml）秒表锥形瓶（100ml）容量瓶（50ml）烧杯（50ml）右旋糖苷（A.R）,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,四、实验步骤,（一）溶液的配置用分析天平准确称取1.2g右旋糖苷样品，倒入预先洗净的50ml烧杯中，加入约30ml蒸馏水，在水浴中加热溶解至完全透明，取出自然冷却至室温，再将溶液移至50ml容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度。如溶液中有不溶物，则须用预先洗净并烘干的3号砂芯漏斗过滤装入锥形瓶中备用。（二）黏度计的洗涤先将黏度计用蒸馏水反复冲洗，使蒸馏水流过毛细管部分。,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,四、实验步骤,（二）测溶剂流出时间t0本实验采用乌氏黏度计，它由三根管四个球组成，A管、F球装溶液，C管起平衡作用，B管、D球、E球、G球是粘度计的主体，D球和E球之间是一段毛细管，E球的上边和下边有两道刻度线，我们测定的就是液面流过这两道刻度线所用的时间。开启恒温水浴和搅拌器电源，调节恒温水浴温度为25。在黏度计的B管和C管的上端套上干燥清洁的乳胶管，将黏度计放入恒温水浴中，在铁架台上调节好黏度计的垂直度和高度，使G球及其以下部分浸在水中，从A管加入10ml左右的蒸馏水，封闭C管，用洗耳球或针筒从B管将水吸至G球的中部，取下洗耳球或针筒，松开C管，此时水顺毛细管流下，当液面流经刻度线a时，立刻按下秒表开始计时，液面到刻度线b时停止计时。记录流经a、b之间所需的时间。重复三次，偏差小于0.2s，取平均值即为t0。,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,四、实验步骤,（三）测溶液流出时间t取出粘度计，倾去其中的水，用少量的无水酒精润洗黏度计，连接到水泵上让酒精从毛细管中抽出，然后在烘箱中烘干。重新安装好粘度计，用移液管取溶液10.0ml小心注入粘度计内（不要将溶液粘在黏度计的管壁上），恒温5分钟，在溶液恒温过程中用溶液润洗毛细管。测定溶液的流出时间t，同样重复三次，偏差小于0.2s。依次分别小心加入2.0、3.0、5.0、10.0ml蒸馏水，按上述方法分别测定不同浓度时的t值。每次稀释后都要将溶液在F球中充分搅匀。,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,五、数据处理,（一）数据表,此表作为参考，根据实际需要变更,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,五、数据处理,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,（二）用坐标纸，以 和 为同一纵坐标，得到两条直线，分别外推至c=0处，两条直线应该在y轴交汇于一点，截距即为，如果两条直线不能交汇于y轴，本实验以 对c作图与y轴的截距为。,六、注意事项,（一）毛细管黏度计一定要清洗干净（二）温度对黏度影响很大，实验前后要保持恒温水浴温度恒定（三）更换不同浓度的溶液，必须用更换后的溶液反复润洗黏度计的毛细管部分,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,七、思考题,（一）乌氏黏度计中的支管C有什么作用？除去支管C是否仍可以测黏度？（二）评价黏度法测定高聚物相对分子质量的优缺点，指出影响准确测定结果的因素。,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量,