Úkol
Určete molekulovou hmotnost vzorků polymerů (PEI, PS) a velikost aglomerátů pomocí statického rozptylu světla.
Úvod
Znalost molekulové váhy polymerních sloučenin pomůže při určení
mnoha jejich fyzikálních charakteristik jako je hustota, flexibilita a pevnost
(více)
Stanovení molekulové hmostnosti
Technika
je velmi citlivá na nečistotu nebo prach ve vzorku, a proto je nutné přípravě
vzorků věnovat velikou pozornost. Všechna rozpouštědla se musejí přefiltrovat
filtrem 0,02 µm, nebo lépe několikrát, a připravené roztoky se musejí
ponechat stát po určitou dobu závislou na vzorku; pro zajištění adekvátní
solvatace toto může být přes 24 hodiny, až několik dnů. Všechno skleněné
nádobí i přístroj musejí
být
pečlivě vyčištěné a bez poškrábání. Důrazně se doporučuje příprava
vzorků a uskladnění přístroje v laminární průtokové skříňce pro
minimalizování kontaminace prachem. Neprovedení těchto rutinních postupů
zcela určitě skončí špatným nebo nesprávným výsledkem.
Musí se připravit řada koncentrací vzorku (typicky 0,25 až 1 gl-1).
Polymer musí být úplně rozpustný a musí se vyloučit prach.
Změří se rozptyl rozpouštědla a následuje měření různých
koncentrací vzorku. Z těchto měření se může generovat Debyeovo vynesení.
Je to vynesení změny průměrné intenzity proti koncentraci. Vypočítá se
úsek na přímce extrapolovaný na nulovou koncentraci.
Je
nutné uvážit dané fyzikální vlastnosti vzorku, jako je velikost částic a
koncentrace vzorku. Tato část nastiňuje základní úvahy pro přípravu
vzorků. Každý typ materiálu vzorku má pro optimální měření svůj
vlastní ideální rozsah koncentrace vzorku. Je-li koncentrace vzorku příliš
nízká, nemusí být pro provedení měření dostatek rozptýleného světla.
Se Zetasizerem je nepravděpodobné, že toto nastane, kromě za extrémních
okolností. Je-li vzorek příliš koncentrovaný, pak světlo rozptýlené
jednou částicí bude samo rozptýlené jinou částicí (toto je známé jako
vícenásobný rozptyl). Horní mez koncentrace je také řízená bodem, při
kterém koncentraci již dále neumožní, aby vzorek volně difundoval v důsledku
interakcí částic. Důležitým faktorem při určení maximální
koncentrace, při které se vzorek může měřit, je velikost částic.
Tabulka
dole se může použít jako přibližné vodítko pro stanovení maximální a
minimální koncentrace pro různé velikosti částic. Uvedené údaje jsou přibližné
hodnoty pro vzorky s hustotou blízkou 1g/cm3, a kde částice mají
přiměřený rozdíl v indexu lomu od indexu lomu dispergovadla, např. index
lomu 1,38 proti vodě, která má index lomu 1,33.
Velikost částice |
Min.
koncentrace (doporučená) |
Max.
koncentrace (doporučená) |
<10 nm |
0,5 g/l |
Omezená
pouze interakcemi materiálu vzorku, agregací, gelovatěním, atd. |
10 nm až
100 nm |
0,1mg/l |
5% hmotnosti
(za předpokladu hustoty 1 g/cm3) |
100 nm až
1 µm |
0,01g/l (10-3 % hmotnosti) |
1%
hmotnosti (za předpokladu hustoty 1 g/cm3) |
>1 µm |
0,1 g/l (10-2
% hmotnosti) |
1%
hmotnosti (za předpokladu hustoty 1 g/cm3) |
Postup
Připravte k měření vzorky polymerů PEI a PS podle výše uvedených doporučení a změřte požadované parametrya. Měření opakujte 3-krát u každého vzorku. Hodnoty porovnejte s údaji uvedenými výrobcem a diskutujte možné odchylky.
Detailní informace o práci s přístrojem ZetaSizer a autotitráorem jsou uvedeny v Příručce pro uživatele. Dbejte pokynů vyučujícího a v případě nejasností během provádění experimentů kontaktujte vyučujícího.
a Všechny kapaliny používané pro zředění vzorku (dispergovadla a rozpouštědla) se musejí před použitím filtrovat, abyste se vyvarovali kontaminace vzorku. Velikost filtru bude určená odhadovanou velikostí vzorku. Je-li vzorek 10 nm, pak prach o velikosti 50 nm bude důležitou kontaminující látkou v dispergovadle. Vodná dispergovadla se mohou filtrovat až na 0,2 µm, zatímco nepolární dispergovadla se mohou filtrovat až na 10 nebo 20 nm. Vzorky se nefiltrují, pokud je to vůbec možné. Filtry mohou odstranit vzorek absorpcí stejně jako fyzikální filtrací. Vzorek filtrujte pouze tehdy, jste-li si vědomi částic větších velikosti, jako aglomeráty, které je potřeba odstranit, protože nejsou důležité, nebo způsobují kolísání výsledků.