粘度法原理:聚丙烯酰胺(PAM)是高分子聚合物,其分子量大小與溶液的粘度密切相關(guān)。在一定濃度和溫度下,分子量越高,分子鏈越長(zhǎng),分子鏈之間的相互纏繞和摩擦就越嚴(yán)重,溶液的粘度也就越大。根據(jù)這一原理,通過(guò)測(cè)量 PAM 溶液的粘度來(lái)間接推算其分子量。
具體操作步驟:溶液配制:稱取一定質(zhì)量的 PAM 樣品,將其溶解在合適的溶劑(是水或緩沖溶液)中,配制成一定濃度的溶液。例如,配制質(zhì)量濃度為 0.1% - 0.5% 的 PAM 溶液。溶解過(guò)程要確保完全溶解,可以使用磁力攪拌器或機(jī)械攪拌器進(jìn)行攪拌,同時(shí)要注意控制溫度和攪拌速度,避免因溫度過(guò)高或攪拌速度過(guò)快導(dǎo)致分子鏈降解。
粘度測(cè)量:使用粘度計(jì)來(lái)測(cè)量溶液的粘度。常見(jiàn)的粘度計(jì)有烏氏粘度計(jì)和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。對(duì)于烏氏粘度計(jì),將配制好的 PAM 溶液注入粘度計(jì)中,恒溫(一般為 25℃或 30℃)后,測(cè)量溶液流經(jīng)粘度計(jì)毛細(xì)管的時(shí)間,通過(guò)與已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)比,計(jì)算出 PAM 溶液的相對(duì)粘度。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)則是通過(guò)測(cè)量在一定轉(zhuǎn)速下溶液對(duì)轉(zhuǎn)子的阻力來(lái)確定粘度。
分子量計(jì)算:根據(jù)粘度與分子量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式(如 Mark - Houwink 方程:[η]=KM^a),其中 [η] 是特性粘數(shù),K 和 a 是與聚合物和溶劑有關(guān)的常數(shù),M 是分子量)來(lái)計(jì)算分子量。需要先確定該種 PAM 在特定溶劑和溫度下的 K 和 a 值,這些值可以通過(guò)查閱文獻(xiàn)或使用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行標(biāo)定得到。
凝膠滲透色譜法(GPC)原理:GPC 是一種基于分子尺寸大小進(jìn)行分離的色譜技術(shù)。PAM 溶液通過(guò)填充有多孔凝膠的色譜柱時(shí),分子尺寸不同的 PAM 分子在凝膠孔隙中的滲透程度不同。分子量小的分子能夠進(jìn)入凝膠的更多孔隙,在色譜柱中的保留時(shí)間長(zhǎng);分子量大的分子只能進(jìn)入較大的孔隙,在色譜柱中的保留時(shí)間短。通過(guò)檢測(cè) PAM 分子流出色譜柱的時(shí)間和強(qiáng)度,可以得到分子量分布信息。
具體操作步驟:樣品準(zhǔn)備:將 PAM 樣品配制成適當(dāng)濃度的溶液,一般濃度在 0.1% - 0.5% 左右,然后用微孔過(guò)濾器(如 0.45μm 或 0.22μm)過(guò)濾,去除溶液中的不溶物和雜質(zhì),確保溶液純凈。
儀器校準(zhǔn):使用一系列已知分子量的 PAM 標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì) GPC 儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)樣品的分子量分布應(yīng)該是已知的、窄分布的,通過(guò)將標(biāo)準(zhǔn)樣品注入 GPC 儀器,記錄它們的保留時(shí)間和峰面積等信息,建立分子量與保留時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
樣品測(cè)試:將待測(cè)試的 PAM 樣品溶液注入 GPC 儀器,在設(shè)定的流速、柱溫等條件下進(jìn)行測(cè)試。儀器會(huì)自動(dòng)記錄 PAM 分子流出色譜柱的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度,通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比,得到樣品的分子量分布信息,包括數(shù)均分子量、重均分子量、分子量分布寬度等參數(shù)。
光散射法原理:當(dāng)一束光照射到 PAM 溶液時(shí),溶液中的 PAM 分子會(huì)使光線發(fā)生散射。散射光的強(qiáng)度與分子的大小和濃度有關(guān)。對(duì)于高分子聚合物,分子量越大,散射光的強(qiáng)度越強(qiáng)。通過(guò)測(cè)量散射光的強(qiáng)度、角度以及溶液的濃度等參數(shù),可以計(jì)算出 PAM 的分子量。
具體操作步驟:樣品制備和測(cè)量環(huán)境設(shè)置:將 PAM 樣品配制成一定濃度的溶液,濃度在 0.01% - 0.1% 之間,確保溶液均勻透明。測(cè)量時(shí),要保證測(cè)量環(huán)境的溫度和折射率穩(wěn)定,因?yàn)檫@些因素會(huì)影響光散射的測(cè)量結(jié)果。
多角度光散射測(cè)量(MALS):使用多角度光散射儀對(duì) PAM 溶液進(jìn)行測(cè)量。儀器會(huì)從多個(gè)角度(為 10 - 180°)收集散射光的強(qiáng)度信息。同時(shí),結(jié)合濃度信息(可以通過(guò)折光指數(shù)增量測(cè)量或其他濃度測(cè)定方法得到),根據(jù)光散射理論(如 Debye 方程或 Zimm 方程)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計(jì)算出 PAM 的分子量,包括分子量和分子量分布等信息。這種方法能夠提供比較準(zhǔn)確的分子量數(shù)據(jù),尤其適用于復(fù)雜的高分子體系。