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,分子鏈之間的相互纏繞和摩擦就越嚴重,溶液的粘度也就越大。根據(jù)這一原理,通過測量 PAM 溶液的粘度來間接推算其分子量。
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。溶解過程要確保完全溶解,可以使用磁力攪拌器或機械攪拌器進行攪拌,同時要注意控制溫度和攪拌速度,避免因溫度過高或攪拌速度過快導(dǎo)致分子鏈降解。
粘度測量:使用粘度計來測量溶液的粘度。常見的粘度計有烏氏粘度計和旋轉(zhuǎn)粘度計。對于烏氏粘度計,將配制好的 PAM 溶液注入粘度計中,恒溫(一般為 25℃或 30℃)后,測量溶液流經(jīng)粘度計毛細管的時間,通過與已知粘度的標準溶液對比,計算出 PAM 溶液的相對粘度。旋轉(zhuǎn)粘度計則是通過測量在一定轉(zhuǎn)速下溶液對轉(zhuǎn)子的阻力來確定粘度。
分子量計算:根據(jù)粘度與分子量的經(jīng)驗關(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)來計算分子量。需要先確定該種 PAM 在特定溶劑和溫度下的 K 和 a 值,這些值可以通過查閱文獻或使用標準樣品進行標定得到。
凝膠滲透色譜法(GPC)原理:GPC 是一種基于分子尺寸大小進行分離的色譜技術(shù)。PAM 溶液通過填充有多孔凝膠的色譜柱時,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入凝膠的更多孔隙,在色譜柱中的保留時間長;分子量大的分子只能進入較大的孔隙,在色譜柱中的保留時間短。通過檢測 PAM 分子流出色譜柱的時間和強度,可以得到分子量分布信息。
具體操作步驟:樣品準備:將 PAM 樣品配制成適當濃度的溶液,一般濃度在 0.1% - 0.5% 左右,然后用微孔過濾器(如 0.45μm 或 0.22μm)過濾,去除溶液中的不溶物和雜質(zhì),確保溶液純凈。
儀器校準:使用一系列已知分子量的 PAM 標準樣品對 GPC 儀器進行校準。這些標準樣品的分子量分布應(yīng)該是已知的、窄分布的,通過將標準樣品注入 GPC 儀器,記錄它們的保留時間和峰面積等信息,建立分子量與保留時間的標準曲線。
樣品測試:將待測試的 PAM 樣品溶液注入 GPC 儀器,在設(shè)定的流速、柱溫等條件下進行測試。儀器會自動記錄 PAM 分子流出色譜柱的時間和對應(yīng)的信號強度,通過與標準曲線對比,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:當一束光照射到 PAM 溶液時,溶液中的 PAM 分子會使光線發(fā)生散射。散射光的強度與分子的大小和濃度有關(guān)。對于高分子聚合物,分子量越大,散射光的強度越強。通過測量散射光的強度、角度以及溶液的濃度等參數(shù),可以計算出 PAM 的分子量。
具體操作步驟:樣品制備和測量環(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。測量時,要保證測量環(huán)境的溫度和折射率穩(wěn)定,因為這些因素會影響光散射的測量結(jié)果。
多角度光散射測量(MALS):使用多角度光散射儀對 PAM 溶液進行測量。儀器會從多個角度(為 10 - 180°)收集散射光的強度信息。同時,結(jié)合濃度信息(可以通過折光指數(shù)增量測量或其他濃度測定方法得到),根據(jù)光散射理論(如 Debye 方程或 Zimm 方程)進行數(shù)據(jù)處理,計算出 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確的分子量數(shù)據(jù),尤其適用于復(fù)雜的高分子體系。