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1、实验五 粘度法测定水溶性高聚物分子量一.实验目的 1. 测定多糖聚合物-右旋糖苷的平均分子量； 2.掌握用乌式黏度计测定黏度的原理和方法。 二.实验原理 高聚物相对分子质量是表征聚合物特征的基本参数之一，相对分子质量不同，高聚物的性能差异很大。所以不同材料，不同的用途对分子质量的要求是不同的。测定高聚物的相对分子质量对生产和使用高分子材料具有重要的实际意义。本实验采用的右旋糖苷分子是目前公认的优良血浆代用品之一。它是一种无臭、无味、白色固体物质，易溶于近沸点的热水中，相对分子质量是28104范围内，选用它来做实验是合乎要求的。线型高分子可被溶剂分子分散，在具有足够的动能下相互移动，成为黏度态，
2、 是可溶性的高聚物在稀溶液中的黏度，是它在流动过程中所存在内摩擦的反映，这种摩擦主要有：溶剂分子与溶剂分子之间的内摩擦，也就是纯溶剂的黏度，记作 0；还有高分子与高分子之间的内摩擦以及高分子与溶剂分子之间的内摩擦，三者总和表现为高聚物溶液的黏度，记作 。 在同一温度下，高聚物的黏度一般都比纯溶剂的黏度大，即 0，这些黏度增加的分数，叫做增比黏度，记作 sp，即式中，r 称为相对黏度，这指明溶液黏度对溶剂黏度的相对值，仍是整个溶液的黏度行为；sp则意味着已经扣除了溶剂分子之间的内摩擦效应。 溶液的浓度可大可小，显然，浓度越大，黏度也就越大，为了便于比较，将单位浓度下所显示的黏度，即引入 sp/c
3、，称作比浓黏度，其中 c 是浓度，采用单位为 g/mL。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，使得每个高聚物分子彼此相隔极远，其相互干扰可以忽略不记。这时溶液所呈现出的粘度行为基本上反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦。这一粘度的极限值记为： 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 M 有关，它们之间的半经验关系可用 Mark Houwink 方程式表示： 测定高分子的时，用毛细管粘度计最为方便。当液体在毛细管粘度计内因重力作用而流出是遵守泊肃叶（Poiseuille）定律： 为液体的密度；l 是毛细管
4、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 是流经毛细管的液体体积；m 是与机器的几何形状有关的常数，在 r/l1 时，可取 m=1。 对某一支指定的粘度计而言，r、h、V、L、g、m 均为常数，故如测定是在稀溶液中进行，溶液的密度和溶剂的密度近似相等，则：所以 sp /c和 lnr /c的极限都等于特性黏度 ,由此可获得的方法有两种：一种以 sp 对 c作图外推 c0 的截距值；另一种以 lnr/c 对 c作图，外推c0 的截距值；或同时作图，两条直线的截距应重合于一点，这样也可以核实实验的可靠性，如图右图所示：根据实验在足够稀的溶液中，
5、这两条直线的方程为：通常不必用溶液的真实浓度作图，而采用对起始浓度的相对浓度作图，c为相对浓度，c1 为起始浓度，c 为真实浓度。与原式对照可以得出值，代入式（3-84），就可算出高聚物的黏均分子量，K 和 a 值可查表得。三、仪器与试剂 10mL 移液管 2 支 称量杯 2 个 恒温槽 1 套 50mL 注射器 1 支 乌式黏度计 1 支 100mL 容量瓶 1 只 吹风机 1 个 3 号砂芯漏斗 2 只 1/10 秒表 1 只 右旋糖苷（分析纯） 洗液 丙酮四、实验步骤1.洗涤黏度计取出一只用过的黏度计，先用丙酮灌入黏度计中，浸洗残留在黏度计中的高分子物质，黏度计的毛细管部分，要反复用丙酮
6、流洗。方法是：用约 10 mL 丙酮加入大球中，并抽吸丙酮经毛细管 3 次以上，洗毕，倾去丙酮倒入回收瓶中，再重复一次，然后烘干。烘干的方法，使用电吹风机热风吹黏度计各部分，一边在黏度计支管 C 上接上抽气泵抽气，利用热气流把黏度计中的丙酮抽走。2.测定溶剂流出时间在铁架台上调节好黏度计的垂直度和高度，然后将黏度计安放在恒温水浴中。用移液管吸取 10mL 纯水，从 A 管注入。于 37恒温槽中恒温 5min。进行测定时，在 C 管上套上橡皮管，并用夹子夹住，使其不通气，在 B 管上用橡皮管接针筒，将蒸馏水从 F 球经 D 球、毛细管、E 球抽到 G 球上（不能高出恒温水平面），先拔去针筒并解去
7、夹子，使 C 管接通大气，此时 D 球内液体即流回 F 球，使毛细管以上液体悬空。毛细管以上液体下流，当液面流经 a 刻度时，立即按停表开始记录时间，当液面降到 b 刻度时，再按停表，测得刻度 a、b 之间的液体流经毛细管所需时间，同样重复操作至少三次，它们相差不大于 1-2s，取三次平均值为 t0，即为溶剂的流出时间。3.溶液流出时间的测定取出黏度计，倾去其中的水，加入少量的丙酮溶液润洗，经过各个瓶口流出，以达到洗净的目的。同上法安装调节好黏度计，用移液管吸取 10mL 溶液小心注入黏度计内（注意不能将溶液黏在黏度计的管壁上），在溶液恒温过程中，应用溶液润洗毛细管后再测定溶液的流出时间 t。
8、然后一次分别加入 2.0mL、3.0 mL、5.0mL、10.0 mL 蒸馏水，按上述方法分别测量不同浓度时的 t 值。每次稀释后都要将溶液在 F 球中充分搅匀（可用针筒打气的方法，但不要将溶液溅到管壁上），然后用稀释液抽洗黏度计的毛细管、E 球和 G 球，使黏度计内各处溶液的浓度相等，而且须恒温。五、数据处理数据记录表溶剂流出时间/s98.5997.0797.83用 sp/c、Inr/c对 c作图（c），得两直线如下：(sp/c- c)/(Inr/c- c)曲线图外推 c0，得截距 A=0.2218，而 c=20g/L,则特性浓度=A/c=0.01109计算分子量右旋糖苷水溶液的参数： 37
9、时，K0.141cm3 /g，a0.46。ccsp/csp/cInr/cInr/csp/csp/cInr/cInr/c由得1.322104 g/mol六、实验讨论右旋糖苷系蔗糖经肠膜状明串珠菌-1226(Leucon05tocmesenteroides)发酵后生成的一种高分子葡萄糖聚合物，经处理精制而得。由于聚合的葡萄糖分子数目不同，而产生不同分子量的产品。有高分子右旋糖苷(平均分子量 10 万-20 万)、中分子右旋糖苷(平均分子量 6 万-8 万)、低分子右旋糖苷(平均分子量 2 万-4 万)、小分子右旋糖苷(平均分子量 1 万-2 万)。 高聚物分子量是表征聚合物特征的基本参数之一，分子
10、量不同，高聚物的性能差距很大。由实验结果知，实验所用的右旋糖苷的分子量为 1.322104 g/mol，故实验所用的右旋糖苷属于小分子右旋糖苷。本实验中以 sp/c、Inr/c对 c作图，用外推法时，实验所测得的两条直线在纵轴上不交于一点，截距分别为 0.2218，0.2311，存在微小偏差，实验测得的右旋糖苷的分子量与其他同学测得的相比也明显偏小。由本实验得到的启示有：1、温度波动直接影响黏度的测定，所以实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。2、粘度计必须洁净，高聚物溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中。3、本实验溶液的稀释是直接在粘度计中进行的，因此每加入一次溶剂进行稀
11、释时必须混合均匀，并抽洗 E 球和 G 球。4、粘度计要垂直放置，实验过程中不要振动粘度计，否则影响结果的准确性。七、思考题1.乌氏粘度计毛细管太粗太细各有何特点？ 答：乌氏粘度计的毛细管太粗的时候，测的时候时间太快，比如测水的时候，流速过快，反应跟不上，所以，可能会导致时间读数不准确。乌氏粘度计的毛细管太细，物质在它里面流速太慢，花费时间比较长，但读数比较精确。2. 为什么强调粘度计一定要干净、无尘？答：因为如果粘度计中有杂质的话，会影响所测液体的流速、还有溶解在溶液中，使得溶液成分发生变化，对分子量的测定影响较大。3. 乌氏粘度计中的支管 C 有什么作用？除去支管 C 是否仍可以测粘度？如
12、果在测定液体流出时间没有打开支管 C，会对测定的高聚物分子量产生何种影响？答：打开 C 管，使毛细管与大气连通。当毛细管下端的液面下降，毛细管内流下的液体形成一个气承悬液柱，液体流出毛细管下端后沿管壁流下，避免出口处形成湍流现象。或者是减少了 A 管液面升高对毛细管中液流压力差带来的影响。除去 C 管仍可测定，但是要保证每次测量的体积都相同（不适用）。如果没打开 C 则流出的时间过长，测出的分子量偏大。4.常用的粘度计有哪几种，其特点是什么？ 答：最常用的毖细管粘度计有两种，一种是三管粘度计，即本实验采用的乌氏粘度计。其特点是溶液的流出时间与加入到 F 球中待测液的体积无关，因而可以在粘度计里
13、加入溶剂或溶液改变待测液的浓度。另一种是二管粘度计，即奥氏粘度计。因为液体的流出时间与加入粘度计中的溶液的液面高度有关，因此，测定时标准液和待测液的体积必须相同。考虑到式(275)的动能改正项的忽略，需选择适宜的毛细管长度、直径的大小和 E 球的大小，使流出时间大于 100s，最好在 120s 左右为宜。但毛细管也不宜太细，否则测定时容易堵塞粘度计。粘度计使用完毕，应立即清洗，防止聚合物粘结甚至堵塞毛细管孔径。清洗后在粘度计内注满蒸馏水并加塞，防止落进灰尘。八.参考文献 1傅献彩,沈文霞.物理化学第五版M,高等教育出版社,2006 2何广平,南俊民,孙艳辉，物理化学实验M,化学工业出版社,20083何曼君，陈维孝，董西霞，高分子物理M,复旦大学出版社，1982
