Đo độ nhớt dung dịch loãng

Đo độ nhớt dung dịch loãng đánh giá mức độ một polyme hòa tan làm tăng độ nhớt của dung môi, và độ nhớt nội tại thu được cung cấp một ước tính đơn giản, cổ điển về khối lượng mol thông qua mối quan hệ Mark-Houwink.

Definition

Đo độ nhớt dung dịch loãng là việc xác định độ nhớt nội tại của polyme từ các phép đo độ nhớt dung dịch ở nồng độ thấp, được sử dụng để ước tính khối lượng mol và khảo sát kích thước chuỗi trong dung dịch.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc đo lường và diễn giải độ nhớt của dung dịch polyme loãng: độ nhớt tương đối, độ nhớt riêng, độ nhớt rút gọn và độ nhớt đặc trưng, ngoại suy đến độ nhớt nội tại ở độ pha loãng vô hạn, mối liên hệ giữa độ nhớt nội tại và thể tích thủy động lực, và phương trình Mark-Houwink liên hệ độ nhớt nội tại với khối lượng mol với các thông số phụ thuộc vào polyme, dung môi và nhiệt độ.

Core questions

• Độ nhớt nội tại được xác định từ các phép đo độ nhớt dung dịch như thế nào?
• Độ nhớt nội tại liên quan đến thể tích thủy động lực của chuỗi như thế nào?
• Phương trình Mark-Houwink chuyển đổi độ nhớt nội tại thành khối lượng mol như thế nào?
• Các số mũ Mark-Houwink tiết lộ điều gì về chất lượng dung môi và hình dạng chuỗi?

Key theories

Độ nhớt nội tại và thể tích thủy động lực

Ngoại suy sự phụ thuộc nồng độ của độ nhớt dung dịch đến độ pha loãng vô hạn cho ra độ nhớt nội tại, tỷ lệ thuận với thể tích thủy động lực của chuỗi chia cho khối lượng mol của nó và do đó phản ánh kích thước cuộn dây trong dung dịch.

Mối quan hệ Mark-Houwink

Độ nhớt nội tại tỷ lệ với khối lượng mol được nâng lên một số mũ nằm trong khoảng từ khoảng 0,5 ở điều kiện theta đến gần 0,8 trong dung môi tốt, do đó các hằng số Mark-Houwink đã hiệu chuẩn cho ra khối lượng mol trung bình nhớt và báo cáo về cấu hình chuỗi.

Mechanisms

Một cuộn dây hòa tan làm nhiễu loạn dòng chảy xung quanh nó, làm tăng độ nhớt của dung dịch tỷ lệ với phần thể tích mà các cuộn dây chiếm giữ. Đo thời gian chảy trong nhớt kế mao quản ở một số nồng độ thấp và ngoại suy độ nhớt rút gọn về nồng độ bằng 0 sẽ tách biệt độ nhớt nội tại, không bị ảnh hưởng bởi tương tác chuỗi-chuỗi. Bởi vì độ nhớt nội tại theo dõi thể tích thủy động lực, và thể tích thủy động lực tăng theo khối lượng mol, định luật lũy thừa thực nghiệm Mark-Houwink chuyển đổi độ nhớt nội tại thành khối lượng mol trung bình nhớt; giá trị của số mũ của nó cho biết liệu chuỗi đang ở trong môi trường theta, dung môi tốt hay thanh cứng.

Clinical relevance

Đo độ nhớt dung dịch loãng vẫn là một phương pháp nhanh chóng, không tốn kém để ước tính khối lượng mol trong nghiên cứu và công nghiệp, được sử dụng để giám sát tổng hợp, xác định cấp độ của polyme thương mại và đánh giá sự suy thoái. Độ nhạy của nó đối với thể tích thủy động lực cũng là cơ sở của hiệu chuẩn phổ quát chuyển đổi sắc ký loại trừ kích thước giữa các polyme khác nhau.

History

Staudinger lần đầu tiên liên hệ độ nhớt dung dịch với chiều dài chuỗi vào những năm 1930, và mối quan hệ định luật lũy thừa thực nghiệm giữa độ nhớt nội tại và khối lượng mol đã được Mark, Houwink và Sakurada thiết lập trong thập kỷ đó; xử lý sau này của Flory đã liên kết độ nhớt nội tại với kích thước chuỗi và trạng thái theta, đặt phương pháp này trên một nền tảng lý thuyết vững chắc hơn.

Key figures

• Hermann Staudinger
• Herman Mark
• Roelof Houwink
• Paul Flory

Seminal works

• hiemenz2007
• flory1953

Frequently asked questions

Độ nhớt nội tại là gì?

Đó là đóng góp giới hạn của một polyme vào độ nhớt của dung dịch trên một đơn vị nồng độ, được tìm thấy bằng cách ngoại suy các phép đo dung dịch loãng về nồng độ bằng 0. Nó phản ánh kích thước của các cuộn dây riêng lẻ trong dung môi đó.

Đo độ nhớt cho ra khối lượng mol như thế nào?

Phương trình Mark-Houwink liên hệ độ nhớt nội tại với khối lượng mol thông qua hai hằng số đặc trưng cho hệ polyme-dung môi-nhiệt độ. Với các hằng số đó, một phép đo độ nhớt nội tại duy nhất sẽ cho ra khối lượng mol trung bình nhớt.