實(shí)驗(yàn)3光散射法OK!

1、實(shí)驗(yàn)三光散射法測(cè)定聚合物的重均分子u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)5X103,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。1. 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤馍⑸浞y(cè)定聚合物重均分子量的原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)。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Mw、均方末端距R及第二維利系數(shù)A?。二、基本原理一束光通過介質(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

2、，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V1/20入，入是光波在介質(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)號(hào)工、高分子鏈圖

3、3-1*3漏親魅盡玉疫上卜泌不亂確凄各散射質(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，見圖3-1。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.-v=-L'oN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。圖3-2|光強(qiáng)的示意圖由于介質(zhì)內(nèi)折光指數(shù)或介電常數(shù)的局部升落，介

4、電常數(shù)應(yīng)是3。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（見圖3-2）_2.2'彳+cos2eI（r,e）=rrA/（AV）2NIir<2J上式中入0為入射光波長(zhǎng)；h為入射光的光強(qiáng)；A&2是介電常數(shù)增量的平方值；AV是小體積單元體積；N為小體積單元數(shù)目。經(jīng)過一系列推導(dǎo)（較為繁瑣，從略）,可得光散射計(jì)算的基本公式:2JC凱2h2.201+sin-+2)2,42式中K=bI（N為阿佛加德羅常數(shù),:Cn為溶液折光指數(shù)，C為溶質(zhì)濃度），R時(shí)為瑞利比，。為散射角，h2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，

5、在極限情況下（即0及C0）可寫成以下兩種形式：1+cos28KC12A>C2sinR.0Mw(3)'寸",曰=i+竺志<2si"網(wǎng).CtMw一9兀、2(4)圖3-3"掙盤浴洛3、劉.方據(jù)*耕"孩席C*0,0T*0,可以得到兩條如果以"c°s”，笠對(duì)sin?+KC作圖，外推至2sinR)2直線，顯然這兩條直線具有相1一同的截距，截距值為=,因M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00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小；C0的外推線的斜率為

6、°_h2。從而，又可9A2Mw<z求得高聚物Z均分子量的均方末端距'h_j。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3-4二款射"注；意里1-劇燈浦.聚光鏡口.醞繾鹿直鏡禪.于涉謔光片疝,7、8,光麗,總散射他罩NO.散射池HL光電倍增管十尊,直肅放大器113.微安表DAWNEOS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，入=435.8nm或入=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，

7、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)光電管的位置來進(jìn)行測(cè)定，或者采用轉(zhuǎn)動(dòng)入射光束的方向來進(jìn)行測(cè)定。示差折光計(jì)示意圖見圖3-5。一讀數(shù)顯微嫌出職-_準(zhǔn)直儻透僚圖3-5示差折光汁的示意圖1. 四、實(shí)驗(yàn)步驟待測(cè)溶液的配制及除塵處理(1) 用100ml容量瓶在25C準(zhǔn)確配制11.5g/l的聚苯乙烯苯溶液，濃度記為C。(2) 溶劑苯經(jīng)

8、洗滌、干燥后蒸儲(chǔ)兩次。溶液用5#砂芯漏斗在特定的壓濾器加壓過濾以除塵凈化。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:C,，一,_,吊，、，-,4二22fn作圖，求出溶液的折光指數(shù)增量一蘭。如前所述，k=n2.QI,N為阿佛；:cN0:c加德羅常數(shù)，入射光波長(zhǎng)入0=546nm,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25=1.4979,聚苯乙烯-苯溶液的,其文獻(xiàn)值為0.106cm-3g-1。:C(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)

9、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)關(guān)的常數(shù)，預(yù)先計(jì)算。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Re=r21(；'力，式中I(r,e)是距離散射中心r(夾角為0)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。h是人射光強(qiáng)。通常液體在90。下的瑞利比R9o。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，已知在入=546nm,藺。=1.63乂10廿，則有巾苯=總食，G。、G是純苯在9090

10、G900。，90。的檢流計(jì)讀數(shù)，力為儀器常數(shù)。測(cè)定絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)液(苯)和工作標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊在0=90°時(shí)散射光電流的檢流計(jì)讀數(shù)G90中。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)G：°(1) 在上述散射池中加入2ml聚苯乙烯-苯溶液(原始溶液Co)、用電磁攪拌均勻，此時(shí)溶液的濃度為G。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)

11、gC1。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(Co)3ml,5ml,10ml,10ml,10ml等，使散射池中溶液的濃度分別變?yōu)镃2、C3、C4、C5、C&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)gC2、GC3、GC4、gC5、gC6等。測(cè)量完畢，關(guān)閉儀器，清洗散射池。1. 五、數(shù)據(jù)處理實(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。C.30456075901051201351500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。由于己=的=牛，用檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)讀數(shù)，則有I0J，0入射光恒定，(G0時(shí)溶液=(G00)溶劑=G0。，則上式可簡(jiǎn)化為R廠GC-G°巾苯式中GC、G0是溶液、純?nèi)軇┰?。角的檢流計(jì)讀數(shù)。數(shù)據(jù)處理為書寫方Go便，令1cos勺KCy=2sin口Ru2橫坐標(biāo)是sin-+KC，其中K可任意選取。目的是使圖形張開成清晰的格子。K可選102或103。將各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果列表如下：304560759。105120130沖宜C1MXNFr(xE)血”-T-+jtC£r-GGfi-G：Af(X1")戲X10')sinJ§+kC+1h2. 作Zimm雙重外推圖。將各0角的數(shù)據(jù)畫成的直線外推值C=0,各濃度所測(cè)數(shù)據(jù)連成的直線外推至