Metody badań materiałów – laboratorium

semestr VI (studia I stopnia)
wersja: 10. lutego 2010
Metody badań materiałów – laboratorium
________________________________________________________________________________
ćwiczenie nr 5:
Oznaczanie wielkości cząstek w dyspersjach metodą DLS oraz
oznaczanie ciężarów cząsteczkowych polimerów metodą GPC
prowadzący:
dr inż. Ireneusz Wielgus
________________________________________________________________________________
Oznaczanie ciężarów cząsteczkowych metodą chromatografii żelowej
Wprowadzenie
Polimery naturalne i otrzymywane przez człowieka, poza specyficznymi wyjątkami, są zawsze mieszaniną homologów o różnej długości łańcucha, a zatem różniących się ciężarem cząsteczkowym.
Dlatego w ich przypadku podaje się średnie wartości ciężaru cząsteczkowego, liczone według różnych kryteriów: Mn, Mw, Mz, Mz+1. Są to ważne parametry, gdyż wiążą się z właściwościami użytkowymi i przetwórczymi tworzywa sztucznego (wytrzymałość mechaniczna i termiczna, twardość,
wrażliwość na działanie rozpuszczalników, temperatura płynięcia w maszynie przetwórczej).
Do oznaczenia średniej wartości ciężaru cząsteczkowego można korzystać z różnych metod pomiarowych, jednak wyznaczenie rozkładu masy (czyli podanie udziału procentowego łańcuchów o konkretnej długości w badanej próbce) jest w większości przypadków bądź niemożliwe, bądź szczególnie pracochłonne. Chromatografia żelowa, zwana też chromatografią filtracji żelowej (GPC – Gel
Permeation Chromatography), albo chromatografią wykluczania (SEC – Size Exclusion Chromatography) jest w tym przypadku skuteczną i względnie prostą techniką analityczną.
Zasada chromatografii żelowej
Wypełnienie kolumny GPC składa się z porowatych ziaren, tworzących przestrzenie międzyziarnowe, przez które płynie ciecz, oraz z ogromnej liczby otwartych mikroporów (kanalików)
wewnątrz ziaren wypełnienia. W przestrzeni mikroporów ciecz praktycznie nie płynie a cząstki
polimeru dostają się tam spontanicznie drogą dyfuzji, której prędkość uzależniona jest od ich
średnicy hydrodynamicznej, związanej z wielkością cząsteczki i średnim ciężarem cząsteczkowym.
Po wprowadzeniu roztworu próbki na kolumnę zaczyna się proces jej wymywania za pomocą strumienia odpowiednio dobranego rozpuszczalnika (eluentu). Największe cząsteczki, o bardzo dużych
promieniach hydrodynamicznych (i bardzo wysokich masach molekularnych), nie są w stanie
wniknąć do żadnych porów wewnątrz wypełnienia kolumny i przepływają szybko przez przestrzeń
w której płynie eluent, tzn. przestrzeń międzyziarnową. Mówimy wówczas, że takie molekuły są
wykluczane z kolumny. Nie można opisać rozkładu ich ciężarów cząsteczkowych, gdyż nie uległy
one rozdziałowi (opuszczają kolumnę jako mieszanina).
Nie można także w warunkach chromatografii żelowej scharakteryzować rozkładu masy cząsteczkowej najmniejszych cząsteczek, które wnikają do wszystkich porów wypełnienia kolumny i
opuszczają ją razem w mieszaninie jako jeden sygnał na elugramie. Do ich rozdzielania trzeba
zastosować wypełnienie o ... zobacz całą notatkę