如何用粘度法测定纤维素的分子量

粘度法是一种简单有效的测定聚合物分子量的方法，常用于测定纤维素等高分子的相对分子质量。具体过程基于溶液的特性粘度与聚合物分子量之间的关系。下面是用粘度法测定纤维素分子量的一般步骤和原理：

1. 基本原理

在粘度法中，通过测量纤维素溶液的粘度，并结合经验公式（如Mark-Houwink方程），可以推算纤维素的平均分子量。粘度测定方法依赖于聚合物溶液的粘度与分子量之间的关系，即： [η]=K⋅Mva 其中：

• [η]是纤维素的特性粘度（单位：dL/g），是由溶液的粘度数据推算出的一个无量纲值。

• Mv是纤维素的粘均分子量（viscosity average molecular weight）。

• K和 a是与聚合物和溶剂体系相关的常数，通常由实验确定。

2. 实验步骤

(1) 制备纤维素溶液

将纤维素溶解在适当的溶剂中，常用的溶剂体系包括：

• 二甲基亚砜（DMSO）/四乙胺氯化物（TEAC）溶液；

• 铜氨溶液；

• 磷酸锌溶液。

需要注意，纤维素的溶解性较差，因此在溶解前应进行预处理，如用碱溶液处理，或选择适当的溶解温度和时间。

(2) 测量溶液的粘度

使用毛细管粘度计（如乌氏粘度计或奥斯瓦尔德粘度计）测定纤维素溶液的粘度。实验过程中需要测量：

• 溶剂的流动时间 t0（即未加纤维素时的纯溶剂的流动时间）。

• 含有纤维素的溶液的流动时间 t。

粘度值通常可以通过流动时间与溶液的密度计算得到。

(3) 计算特性粘度

通过测量不同浓度的纤维素溶液粘度，并用下式计算相对粘度： ηrel=t/t0其中，t是纤维素溶液的流动时间，t0是纯溶剂的流动时间。

接下来计算比粘度（incremental viscosity）： ηsp=ηrel−1

然后，通过对不同浓度的纤维素溶液的比粘度与浓度关系的线性拟合，外推至零浓度处，可以得到特性粘度 [η]：[η]=lim⁡C→0ηsp/C其中 C为溶液的质量浓度（g/dL）。

(4) 通过Mark-Houwink方程计算分子量

根据Mark-Houwink方程： [η]=K⋅Mva使用已知的常数 K和 a（通常通过文献或实验获得），可以计算纤维素的粘均分子量 Mv。

3. 实验中需要注意的问题

• 溶剂选择：纤维素难溶于普通溶剂，选择适当的溶剂系统非常重要，不同的溶剂可能会影响实验结果。

• 温度控制：粘度测量对温度非常敏感，实验过程中应保持恒定温度，通常为25°C左右。

• 溶液浓度：测量不同浓度的溶液粘度时，浓度范围应适当，不宜过高或过低，以确保线性关系的准确性。

4. 总结

粘度法测定纤维素分子量是一种基于聚合物溶液流动特性的间接测定方法。通过测量不同浓度纤维素溶液的粘度，结合Mark-Houwink方程，可以计算出纤维素的粘均分子量。实验中需要选择合适的溶剂、精确控制温度，并确保溶液浓度的合理性，以获得准确的测量结果。