实验报告粘度法测定水溶性高聚物分子量实验报告

华南师范大学实验报告
实验类型□验证□设计□综合实验时刻 2012年 4 月 11日
实验指导教师马国正教师实验评分
黏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；
用乌式黏度计测定黏度的原理和方式。

二.实验原理
高聚物相对分子质量是表征聚合物特点的大体参数之一，相对分子质量不同，高聚物的性能不同很大。

因此不同材料，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利用高分子材料具有重要的实际意义。

本实验采纳的右旋糖苷分子是目前公认的优良血浆代用品之一，它是一种水溶性的多糖类聚合物，在中等分子量时，它能提高血浆渗透压，扩充血容量；在低分子量时，它能降低血液粘稠度，改善微循环和有抗血栓形成的作用；但在高分子量时，那么会引发红细胞聚集，致使微循环障碍。

可见，测定高聚物分子量对生产和利用高分子材料有重要意义。

由于高聚物分子量大小不一，故通常测定高聚物分子量都是利用统计的平均分子量。

经常使用的测定方式有很多，如粘度法、端基分析、沸点升高、冰点降低、
等温蒸馏、超离心沉降及扩散法等，其中，用粘度法测定的分子量称“黏均分子量”，记作M
η。

线型高分子可被溶剂分子分散，在具有足够的动能下彼此移动，成为黏度态，η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，这种摩擦要紧有：溶剂分子与溶剂分子之间的内摩擦，也确实是纯溶剂的黏度，记作η0；高分子与高分子之间的内摩擦和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η。

在同一温度下，高聚物的黏度一样都比纯溶剂的黏度大，即η>η0，这些黏度增加的分数，叫做增比黏度，记作ηsp，即
式中，ηr 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。

ηsp则以为着已经扣除溶剂分子之间的内摩擦效应。

溶液的浓度可大可小，显然，浓度愈大，黏度也就愈大，为了便于比较，将单位浓度下所显示的黏度，即引入ηsp/c，称作比浓黏度，其中c为浓度，g/ml.
为了进一步排除高聚物分子之间的内摩擦效应，必需将溶液浓度无穷稀释，使得每一个高聚物分子彼此相隔极远，其彼此干扰能够忽略不记。

这一粘度的极限值记为：
[η]被称为特性粘度，其值与浓度无关。

实验证明，当聚合物、溶剂和温度确信以后，[η]的数值只与高聚物平均相对分子质量M有关，它们之间的半体会关系可用Mark Houwink 方程式表示：
式中，M
η
a为平均分子量（黏均分子量），K是比例常数，a是与分子形状有关的体会参数。

K和a值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量有关，K值受温度阻碍明显，而a值要紧取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中伸展的程度。

K和a值只能通过其他方式确信，不同方式取得的数值有所不同，而从黏度法只能测得[η]，通过式（3-84）即可计算聚合物的黏均分子量。

测定高分子的[η]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：
η=
πr4pt
8LV
−m
Vρ
8πLt
式中，η为液体的黏度，ρ为液体的密度；L是毛细管长度；r 是毛细管半径；t 是流出时刻；V是流经毛细管液体的液体体积；g为重力加速度； p是自重压力，故也可写作hgp, h是流经毛细管的液体的平均液柱高度；m是与机械的几何形状有关的常数，在r/l<<1 时，可取m=1。

泊肃叶式可写作
η=πr4hgpt
8LV
−m Vρ
8πLt
对某一支指定的粘度计而言，r、h、V、L、g、m均为常数，故
η
ρ
=At−
B
t
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，那么：
故ηsp /c’和lnηr /c’的极限都等于特性黏度[η] ,由此可取得[η]的方式有两种：
一种以ηsp 对 c’作图外推 c’→0 的截距值；另一种以 lnηr/c 对 c’作图，外推 c’→0 的截距
值；或同时作图，两条直线的截距应重合于一点，如此也能够核实实验的靠得住性，如右图所示：
依如实验在足够稀的溶液中，这两条直线的方程为：
通常没必要用溶液的真实浓度作图，而采纳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。

与原式对照能够得出[η]值，代入式（3-84），算出高聚物黏均分子量，K 和a值查表知。

三、仪器与试剂
10mL 移液管 2支恒温槽 1 套 50mL注射器 1 支
乌式黏度计 1支吹风机 1个 1/10 秒表 1只
右旋糖苷（20g/L）丙酮四、实验步骤
掏出一只黏度计，先用丙酮灌入黏度计
中，浸洗去留在黏度计中的高分子物质，
黏度计的毛细管部份，要反复用丙酮流
洗。

方式是：用约 10 mL 丙酮至大球中，
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
后用吹风机吹干黏度计备用。

在铁架台上调剂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。

进行测按时，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），先拔去针筒并解去夹子，使 C管接通大气，现在 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，当即按停表开始记录时刻，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刻，重复操作两次，记录留出时刻且误差不大于1-2s，取两次平均值为 t0，
掏出黏度计，倾去其中的水，加入少量的丙酮溶液润洗，通过各个瓶口流出，以达到洗净的目的。

同上法安装调剂好黏度计，用移液管吸取 10mL 溶液警惕注入黏度计内（注意不能将溶液黏在黏度计的管壁上），在溶液恒温进程中，应用溶液润洗毛细管后再测定溶液的流出时刻t 。

然后一次别离加入 2.0mL 、3.0 mL 、5.0 mL 、10.0 mL 蒸馏水，按上述方式别离测量不同浓度时的t 值。

每次稀释后都要将溶液在F 球中充分搅匀（可用针筒打气的方式，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，使黏度计内遍地溶液的浓度相等，而且须恒温。

五、数据处置及结论
（恒温槽温度：37℃）
为了作图方便，假定起始相对浓度是1，依照原理中的公式计算所得数据记录如下表 表一 数据记录表
2.作图 用ηsp/c'、In ηr/c'对c ’作图
图一ηsp/c'、In ηr/c'- c ’
外推c'→0，得截距A=0.2173，而c=20g/L,那么特性浓度［η
3
/g ，a ＝0.46。

那么依照
[η]=KM ηa ,代入数据可得M=3.8*103
4.结果分析
高聚物相对分子质量是表征聚合物特点的大体参数之一，相对分子质量不同，高聚物的性能差异专门大。

本次实验理论上应该取得两条直线重合于一点。

但由图可知，直线线性很差，两条直线的斜率都为正值，二者截距不同，因此用外推法取得的相对分子量参考价值不大。

分析可能是因为溶液浓度太稀，测定的T 和T 0.很接近，致使ηsp 的相对误差比较大。

另外，黏度计中的液体在毛细管中流动还受到其他因素的阻碍，比如倾斜度、重力加速度、毛细管内壁粗糙度、表面张力、动能更正等的阻碍，使得测出的流动时刻有必然的误差。

黏度计应该垂直放置，如此液体能够从高处自由流下。

本次实验由于黏度计后来偏斜了一点，致使液体下流的速度改变，从而致使测量时刻不准确，结果就有比较大的误差。

再者，高聚物分子链之间的距离随着浓度的转变而转变，当浓度超过必然的限度时，高聚物溶液的ηSP /C 或ln ηr / C 与C 的关系有可能再也不呈线性。

查阅相关资料知通常选用ηr ～的浓度范围，本次实验最后两组数据ηr 均低于1.2，故误差比较大。

六、试探题
1. 乌氏粘度计中的各支管有什么作用？除去支管C是不是仍能够测粘度？若是在测定液体流出时刻没有打开支管C，会对测定的高聚物分子量产生何种阻碍？
答：乌氏粘度计由A、B、C三个支管组成，其中，A管是用来装液体的，B管那么是测量主件，能够测定液体定向流动必然距离的流动时刻，C管那么是使B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，幸免出口处形成湍流现象。

或是减少了a管液面升高对毛细管中液流压力差带来的阻碍。

除去C管仍可测定，可是要保证每次测量的体积都相同（不适用）。

乌氏粘度计由于有C管，故所加待测液的体积不用每次相同，即能够在黏度计中稀释直接稀释液体。

假设除去C管，液体下流时所受到的压力差ρgh与管B中液面高度有关，故应保证每次测量的体积相同，也即是另一种黏度计——奥氏粘度计，在本次实验中是不适用的。

若是没打开C那么流出的时刻太长，测出的分子量偏大。

2. 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，流速过快，可能致使测的时刻太快而未能及时反映，因此测出来的时刻可能不准确；乌氏粘度计的毛细管太细，流速过慢，尽管读数较为精准，但花费的时刻也较长。

因此，乌氏粘度计粗细应该适当。

3. 什么缘故强调粘度计必然要干净、无尘？
答：黏度计中若是不干净，会阻碍液体的流速，假设溶解在溶液中，还会使溶液的成份发生转变，对分子量的测定结果阻碍较大。

4.乌氏粘度计测定高聚物分子量有哪些注意事项？
答：利用乌氏粘度计应注意以下几点：
a.利用乌式粘度计时，要在同一支粘度计内测定一系列浓度成简单比例关系的溶液的流出时刻．每次吸取和加入的液体的体积要很准确。

为了幸免温度转变可能引发的体积转变，溶液和溶剂应在同一温度下移取，故实验应选择在恒温槽中进行，恒温槽中温度应该恒定，溶液每次稀释恒温后才能测量。

b.在每次加入溶剂稀释溶液时，必需将粘度计内的液体混合均匀，还要将溶液吸到E线上方的小球内两次，润洗毛细管，不然溶液流出时刻的重复性差。

c.粘度计必需干净，如毛细管壁上挂有水珠，需用吹风机吹干。

d.测按时粘度计要垂直放置，不然阻碍结果曲准确性。

5.特性黏度是溶液无穷稀释时的比浓黏度，它与纯溶剂的黏度是不是一样，什么缘故要用来测量高聚物的分子量？
答：特性黏度与纯溶剂的黏度不一样。

溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦是纯溶剂的黏度，而特性黏度是溶液无穷稀释时的比浓黏度，仍是存在高分子与溶剂分子间的摩擦的。

依照高聚物分子量愈大，那么它与溶剂间接触表面也愈大，也即摩擦愈大，表现出来的特性黏度也愈大，从而能够从其特性黏度来测定高聚物分子量。

七、参考文献
[1] 傅献彩, 沈文霞, 姚天扬. 物理化学. 高等教育出版社.2005
[2] 何广平, 南俊民, 孙艳辉. 基础物理化学实验. 化学工业出版社.2020
[3] 钱人元，高聚物的分子量测定.北京.科学出版社.1958：25-27。