聚合物分子量、尺寸和分支的测量

聚合物广泛应用于整个工业领域，无论是作为淀粉和纤维素等天然材料，还是尼龙、聚苯乙烯和聚乙烯等合成商品。欧洲杯足球竞彩聚合物的官能性是由其分子量、分子尺寸和结构、分子量分布以及交联或链分枝的程度来定义的。因此，聚合物制造商需要采用高效和有效的方法来确定这些特性。

本文综述了用于确定聚合物关键性质的技术，重点介绍了尺寸排除/凝胶渗透色谱(SEC/GPC)的价值和优点。这篇文章主要涵盖聚合物;然而，这里的大多数原理同样适用于蛋白质偶联物或蛋白质材料。欧洲杯足球竞彩

确定聚合物的分子量

“聚合物”一词来源于希腊语“poly”和“meros”，意为多部分，指聚合物材料的一种特征——链状结构。欧洲杯足球竞彩这种结构是由若干单体或重复单元之间的化学连接形成的。例如，单体苯乙烯在合适的反应条件下聚合，得到聚合物聚苯乙烯(图1)。

图1。聚合物的定义特征是它们的链状结构，由重复单体组成。

聚合物的分子量与单体的分子量以及聚合物分子中单体的数量有关。苯乙烯的分子量为104 Da。因此，聚苯乙烯的分子量为104n，其中n为聚合物链中苯乙烯的分子数。分布形状和平均分子量都影响聚合物的性能。因此，测量分子量需要测量单个链的分子量和任何特定重量链的数量。

聚合物分子量的总体分布如图2所示。利用统计学，可以为这个分布定义三个不同的时刻，每一个都被认为是一个平均MW。Mn是数字平均MW, MW是加权平均MW。分子数分布的中点是Mw。第三个力矩Mz对于更高的mw有更大的权重。Mw:Mn比值被称为多分散度，用于描述分布宽度。

图2。平均MW可以用不同的分布矩来定义。

在检验交替MW技术测量时需要考虑的一个要点是，任何绝对MW测量必须包括浓度或分子数量的绝对测量。

MW的测量-引入静态光散射(SLS)

测量MW的不同方法有:

• 末端分析
• 膜Osmometry.
• 粘度测定法
• 光散射

然而，标准方法是静态光散射(SLS)。通过入射光光子束照射大分子导致光子被吸收并重新发射或散布在所有方向上。散射光强度和聚合物MW是比例的，该关系由瑞利方程描述。

开发了三种SLS方法:

• 直角光散射(RALS) -散射强度在与入射光束成90°时确定。它提供了一个很好的信噪比，但是，没有考虑各向异性散射。假设0°的散射强度与90°的散射强度相同。这是一种适用于小分子的方法，但不适用于各向异性散射体。
• 低角度光散射(LALS) -在低角度光散射中，散射强度是在非常接近0°的角度下确定的，以消除与各向异性散射相关的误差。这对所有的分子都是好的，然而，信噪比对更小的分子就变得具有挑战性。RALS/LALS技术的结合具有良好的应用前景。
• 多角度光散射（MALS） - 用MAL采用的方法在几个角度测量并推断相同，以确定在0°C下散射强度的值。MALS适用于所有分子尺寸，但该方法比LAL或RALS更复杂。

可以在批处理模式下使用所有三种光散射技术，但它们更常用于流动模式，光散射检测器构成凝胶渗透/尺寸排除色谱(GPC/SEC)检测器阵列。

GPC/SEC -测量MW分布的强大技术

如图3所示，GPC/SEC首先对样品进行粒度分馏，然后从分离柱中洗脱，检测每个样品馏分。GPC/SEC的唯一缺点是分离是基于聚合物分子的大小，而不是分子量。

图3。GPC / SEC设置的示意图，检测器位于柱烘箱的出口处，以测量洗脱样品的性质。

在GPC / SEC中，术语“绝对”MW用于区分一项方法，该方法可直接测量来自Infers的MW，特别是依赖于使用一组相关标准的校准技术。

在GPC/SEC系统中，光散射探测器是一种方便的测定MW的工具。SLS提供了目前技术中最精确的数据，在直接测量的意义上可以被认为是绝对的。

分子大小的重要性

分子尺寸，类似于分子量，是大多数聚合物的定义性质。聚合物分子在溶液中的大小直接影响其流变性能，而流变性能直接关系到配方的性能。

分子量与分子尺寸的关系不是恒定的，不同的聚合物在溶液中表现出不同的分子密度。

大多数聚合物分子低于100nm，因此，要求尺寸信息要求具有测量纳米颗粒的能力的技术。欧洲杯猜球平台采用三种不同的技术：动态光散射（DLS）;马尔斯;和SLS结合内在粘度（iv）测量。

测量分子尺寸(1)- DLS

与SLS相比，DLS测量导出散射光的实时波动，而不是时间平均数据，这是静态技术的焦点。DLS主要以批处理模式应用。用激光束进行样品的照明，导致光散射通过敏感的光子计数模块检测。

相关器用于将确定的光散射强度波动转换为扩散速度的量度，从而提供分子或粒子大小的值。斯托克斯-爱因斯坦方程清楚地解释了大小和运动速度之间的关系。确定散射光强度有助于确定粒子或分子的大小，更具体地说，流体力学半径(Rh)。

图4。DLS测量通过散射光的强度波动来确定颗粒的大小。

测量分子大小（2） - MALS

MALS用于确定分子的大小，其依据是半径在10 ~ 15 nm及以上的大分子产生的各向异性光散射图案与其大小有关。因此，MALS不能确定小分子的分子大小。对于较大的分子，旋转半径(Rg)可以计算出来。

图5。旋转半径Rg可以由Zimm图确定，Zimm图可以通过测量光散射强度作为各向异性散射粒子(> 10 - 15 nm)的角度函数而产生。欧洲杯猜球平台

分子尺寸测量(3)- SLS与IV

尽管聚合物的分子尺寸和分子量之间的关系不是恒定的，但它是可以确定的。参数IV，单位为dl/g，可以用粘度测量法测定，并将任何特定聚合物的分子大小直接与分子量联系起来。IV是分子密度的倒数。缠绕不太紧密的聚合物具有相当高的IV，而紧密纠缠的聚合物具有较低的IV。通过SLS结合IV测量分子量，可以确定分子的大小。这种方法有助于获得流体力学半径(Rh)的值。需要注意的是，Rh与Rg不同(图6)。

图6。Rh (IV)是MALS测量的Rg的不同尺寸度量。

聚合物分子尺寸的比较方法

分别用Rh(DLS)、Rg和Rh(IV)三种方法进行分子尺寸测量，得到不同的尺寸参数。这三个参数的大小差别是基于特定分子的分子密度和形状。分子的大小，如分子量，是一个分布参数。

研究分子结构-大小和分子量之间的联系

使用GPC/SEC和上述测量方法可以确定聚合物的分子大小和分子量分布。结构特征的解释依赖于这些数据和IV测量的使用，IV测量是分子密度的测量。表1显示了IV因结构波动而改变的主要方式，这些关系支持将粘度计添加到GPC/SEC系统以确定IV的值，并因此解释了结构。

表1。聚合物结构的变化对IV的直接影响，因此是研究结构特征的有用度量。

结构或构象的变化	对密度的影响	影响四世
a)增加线性分子的链长(MW)。	减少	根据Mark-Houwink方程增加
b）增加链段的质量，保持链长常数。	增加	减少
c)增加链条刚度。	减少	增加
d)在链中添加分支，保持MW不变。	增加	减少
e)将链缩成稠密的分子。(天然蛋白质或集合体)	极大地增加	大大减少

IV可以在连续模式下或在GPC/SEC设置中通过批处理技术确定，但在这两种情况下，测量相对或特定粘度。图7显示了在GPC/SEC设置中指定使用的粘度计设计，其工作原理类似于惠斯通电桥的平衡电阻原理。

图7。差分粘度计的示意图，其可以在GPC / SEC设置中使用以确定IV。

差压传感器确定通过桥架中心(DP)和从进口到出口(IP)的压降。其主要设计特点是延迟体积必须高于分离塔的净洗脱体积，而流动阻力可以忽略不计。

使用IV的差异，关于使用表1中列出的相关性的关于结构的数据的数据，可以根据结构特征的详细数据从MARK-HOUWINK（M-H）绘图和IV的对数曲线图来确定。

图8。M-H图的形状、梯度和截距使不同聚合物样品在结构上的可靠比较成为可能。

如图8所示，M-H参数K和A可以从M-H绘图看出。图9A显示了在THF中具有相当高的MW标准线性聚苯乙烯的M-H曲线。通过精确地确定洗脱样品的MW（光散射）和IV（粘度计），在SEC / GPC实验中获得。结果是可以容易地确定k和值的精确直线M-H曲线图。直线表明，溶液中的聚合物结构在其含有的所有分子量上不会改变。

图9b显示了除了原始材料外，还含有一些低分子量聚苯乙烯的样品的相同数据。图10显示了三个麦芽糊精批次的图，其属性在插入的表中显示。这些样品的散装IV值非常相似。

图9。相对高分子量的线性聚苯乙烯样品(9a)和包含低分子量材料(9b)的非常相似的样品的M-H图显示出明显的差异。低分子量线性聚苯乙烯具有不同的结构，并改变了低分子量范围内的M-H曲线。

图10。三种IV值相近的麦芽糊精样品的M-H图显示出结构上的显著差异。

结论

聚合物的详细表征在大量应用中强调了它们的成功应用。关键特性是MW，MW分布，分子尺寸和分子大小分布，以及结构特征，如分支的程度。该方法表明了所有这些性质可以以精度和效率确定所有这些性质，并突出GPC / SEC用于聚合物开发和QC的关键作用。

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