[科普中國(guó)]-重均分子量

所有合成高分子化合物的分子量以及大多數(shù)天然高分子化合物的分子量都是不均一的，它們是分子量不同的同系物的混合物。分子量及分布是高分子材料最基本的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。

聚合物中用不同分子量的分子重量平均的統(tǒng)計(jì)平均分子量。重均分子量是按質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)平均分子量，在單位重量上平均得到的分子量。1

定義

重均摩爾質(zhì)量（又為質(zhì)均摩爾質(zhì)量）是描述聚合物的摩爾質(zhì)量的一種方式。計(jì)算公式如右圖所示，此公式的結(jié)果取決于分子的大小，因此較大分子將具有比較小分子更大的貢獻(xiàn)。

Mw為重均分子量，mi是分子質(zhì)量，Mi是相對(duì)分子質(zhì)量，Ni是具有Mi質(zhì)量的分子的數(shù)目，wi是質(zhì)量分?jǐn)?shù)。1

統(tǒng)計(jì)意義聚合物的相對(duì)質(zhì)量及其分布是高分子材料最基本的參數(shù)之一，它與高分子材料的使用性能與加工性能密切相關(guān)。相對(duì)質(zhì)量太低，材料的機(jī)械強(qiáng)度和韌性都很差，沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值。相對(duì)質(zhì)量太高，熔體粘度增加，給加工成型造成困難。因此聚合物的分子量一般控制在103～107之間。

高聚物分子量具有多分散性，對(duì)于這種多分散性的描述，最為直觀的方法是利用某種形式的分子量分布曲線。多數(shù)情況下還是直接測(cè)定其平均分子量。2

測(cè)定方法測(cè)定方法有光散射法、超速離心沉降速度法以及凝膠色譜法等。

光散射法光散射法是物理化學(xué)中的技術(shù)，其測(cè)量散射光的強(qiáng)度以獲得溶液中聚合物或蛋白質(zhì)等大分子的重均分子量Mw。通過(guò)測(cè)量各種濃度的許多樣品的散射強(qiáng)度，可以計(jì)算出第二維里系數(shù)A2。

在光散射實(shí)驗(yàn)，用高強(qiáng)度單色光（通常為激光）照射大分子溶液，有檢測(cè)器來(lái)測(cè)量一個(gè)或多個(gè)角度處的散射強(qiáng)度。半徑大于入射波長(zhǎng)的1-2%的所有大分子有角度依賴(lài)性，應(yīng)采用特定角度以獲得對(duì)摩爾質(zhì)量和尺寸的精確測(cè)量。因此，多角度入射光（多角度光散射（MALS））的同時(shí)測(cè)量通常被認(rèn)為是光散射法的實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。3

凝膠色譜法凝膠色譜法（Gel Permeation Chromatography，GPC）將高分子在溶液中流體力學(xué)體積進(jìn)行分級(jí)。

分級(jí)：將高分子溶液通過(guò)由多孔載體組成的分離柱，在柱子內(nèi)部分子體積不同的大分子所處的位置不同，停留時(shí)間不同，從而得到分離。

特點(diǎn)：在對(duì)聚合物樣品進(jìn)行分級(jí)的同時(shí)還可以有效地檢測(cè)出各級(jí)分的分子量和相對(duì)含量，快速簡(jiǎn)便。

發(fā)展：誕生于上世紀(jì)六十年代，已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用，已成為測(cè)定聚合物分子量大小和分布的最重要方法之一。

聚合物溶液進(jìn)入色譜柱后，由于濃度差，所有溶質(zhì)分子都力圖向凝膠表面孔穴滲透。體積較小的分子既能進(jìn)入較大的孔穴，也可以進(jìn)入較小的孔穴，向孔內(nèi)擴(kuò)散的較深；體積較大的分子只能進(jìn)入較大的孔穴；體積更大的分子不能進(jìn)入孔穴，只能從凝膠的空隙流過(guò)。

高分子量級(jí)分在柱內(nèi)停留時(shí)間很短，很快就被溶劑淋洗出來(lái)；分子量中等級(jí)分在柱內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，它們隨淋洗液緩慢的帶出；分子量最小的級(jí)分在柱內(nèi)的停留時(shí)間最長(zhǎng)，最后被溶劑淋洗出；按照淋出的先后順序，依次收集到分子量從大到小的各個(gè)級(jí)分，從而達(dá)到對(duì)聚合物分級(jí)的目的。

檢測(cè)器的作用是將色譜柱淋出液中樣品的組成、含量的變化轉(zhuǎn)化為可供檢測(cè)的信號(hào)，從而完成定性、定量的判斷分離情況的任務(wù)。由此得到隨淋洗時(shí)間延長(zhǎng)樣品中不同級(jí)份的含量變化。從而得到被測(cè)樣品中的相對(duì)分子量和相對(duì)分子量分布的信息。4

超速離心沉降速度法超速離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度范圍很大，使它可測(cè)定小到蔗糖大到病毒的分子量值。它也可以測(cè)定多分散性大分子的平均分子量和分子量分布。超速離心測(cè)定的是分子的絕對(duì)分子量，它不需要任何標(biāo)準(zhǔn)樣品作參考，亦不需要知道樣品分子的形狀和水化程度。通常使用的有兩種方法，即沉降速度法和沉降平衡法。

沉降速度法常用于某些特殊樣品的分子量測(cè)定，如多組分樣品，用沉降平衡法無(wú)法測(cè)定，而沉降速度法可以根據(jù)各組分的沉降峰，求出相應(yīng)的沉降系數(shù)，結(jié)合擴(kuò)散系數(shù)求出分子量。5

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

江長(zhǎng)勝 - 教授、博導(dǎo) - 西南大學(xué)