Физические методы исследования полимеров. Шестаков А.С. - 73 стр.

UptoLike

Составители: 

73
изучается его взаимодействие с известным летучим соединением. В клас-
сической газовой хроматографии на основании измерений времён удержи-
вания производят идентификацию отдельных веществ и разделение их
смесей при пропускании через слой стандартного сорбента. В обращённой
газовой хроматографии решается как бы обратная задача изучение
свойств неизвестного” сорбента путём пропускания через его слой сорба -
тов с известными характеристиками. В этом методе летучие хроматогра-
фируемые соединения (известные соединения) и неподвижная фаза (иссле -
дуемое неизвестное соединение ) поменялись («обратились») местами. По-
лимер, выступающий в роли сорбента, исследуется с помощью так назы-
ваемых «молекулярных щупов», которыми являются известные летучие
сорбаты.
Для обращённой газовой хроматографии можно использовать любой
тип промышленного хроматографа. Колонку заполняют инертным твёр-
дым носителем, на поверхность которого нанесена тонкая плёнка полиме -
ра. В отдельных случаях колонку заполняют непосредственно плёнкой, во-
локном или порошкообразным полимером. Для исследований в последнее
время широко применяются капиллярные колонки с диаметром менее 1 мм
и длиной около 20 м. В этом случае 6-10% раствор полимера пропускают
через колонку с током азота при давлении ~0,5 атм. Постоянным током га -
за полимер, который прилипает к внутренней стенке колонки , высушива-
ется. Массу полимера в колонке определяют взвешиванием её на аналити-
ческих весах до начала эксперимента и после заполнения полимером.
Взаимодействие сорбата и сорбента характеризуется в хроматогра-
фии временем удерживания t
R
. Однако эта величина зависит от скорости
газа-носителя и перепада давления, поэтому в практике газохроматографи-
ческого анализа удобнее пользоваться более универсальной характеристи-
кой объёмом удерживания V
R
. Это объём газа-носителя, необходимого
для элюирования сорбата из колонки :
V
R
= ν
α
t
R
,,
где ν
α
- объёмная скорость газа-носителя через колонку , измеренная
при температуре колонки . Однако V
R
, в свою очередь, зависит от массы
сорбента и температуры колонки , поэтому чаще используют величину
удельного удерживаемого объёма V
g
:
w
V
T
V
R
g
⋅=
2,273
,
где w масса неподвижной фазы в колонке , Т температура колонки .
Зависимость логарифма удельного удерживаемого объёма (V
g
) от об-
ратной абсолютной температуры (1/Т) представляет диаграмму удержива-
ния (рис.77). Анализ этой диаграммы даёт важную информацию о фазовых
переходах в неподвижной полимерной фазе. Рассмотрим отдельные участ -
ки этой кривой для полукристаллического полимера.
1. Участок АВ . Эта температурная область находится ниже темпера-
туры стеклования (Т
с
) полимера, где не происходит проникновения моле -
кул сорбата в объём полимерной фазы. Удерживание обусловлено лишь
                                          73
изуч ае т ся е го в заимоде йст в ие с изв е ст ным ле т уч им сое дине ние м. В клас-
сич е ской газов ой хромат ографии на основ ании изме ре ний в ре мё н уде рж и-
в ания произв одят иде нт ификац ию от де льных в е ще ст в и разде ле ние их
сме се й при пропускании ч е ре з слой ст андарт ного сорбе нт а. В обращё нной
газов ой хромат ографии ре ш ае т ся как бы обрат ная задач а – изуч е ние
св ойст в “не изв е ст ного” сорбе нт а пут ё м пропусканияч е ре з е го слой сорба-
т ов с изв е ст ными характе рист иками. В эт ом ме т оде ле т уч ие хромат огра-
фируе мые сое дине ния(изв е ст ные сое дине ния) и не подв иж наяфаза (иссле -
дуе мое не изв е ст ное сое дине ние ) поме нялись («обрат ились») ме ст ами. По-
лиме р, в ыст упаю щий в роли сорбе нт а, иссле дуе т ся с помощью т акназы-
в ае мых «моле кулярных щупов », кот орыми яв ляю т ся изв е ст ные ле т уч ие
сорбат ы.
          Д ляобращё нной газов ой хромат ографии мож но использов ат ь лю бой
т ип промыш ле нного хромат ографа. К олонку заполняю т ине рт ным т в ё р-
дым носит е ле м, на пов е рхност ь кот орого нане се на т онкая плё нка полиме -
ра. В от де льных случ аях колонку заполняю т не посре дст в е нно плё нкой, в о-
локном или порош кообразным полиме ром. Д ляиссле дов аний в после дне е
в ре мяш ироко приме няю т сякапиллярные колонки с диаме т ром ме не е 1 мм
и длиной около 20 м. В эт ом случ ае 6-10% раст в ор полиме ра пропускаю т
ч е ре з колонку с т оком азот а при дав ле нии ~0,5 ат м. Пост оянным т оком га-
за полиме р, кот орый прилипае т кв нут ре нне й ст е нке колонки, в ысуш ив а-
е т ся. М ассу полиме ра в колонке опре де ляю т в зв е ш ив ание м е ё на аналит и-
ч е ских в е сах до нач ала экспе риме нт а и после заполне нияполиме ром.
          В заимоде йст в ие сорбат а и сорбе нт а характе ризуе т ся в хромат огра-
фии в ре ме не м у д е рж ив ания tR. О днако эт а в е лич ина зав исит от скорост и
газа-носит е ляи пе ре пада дав ле ния, поэт ому в практике газохромат ографи-
ч е ского анализа удобне е пользов ат ься боле е унив е рсальной характе рист и-
кой – о бъёмо м у д е рж ив ания VR. Э т о объ ё м газа-носит е ля, не обходимого
дляэлю иров аниясорбат а из колонки:
                                          VR = ναtR,,
            где να - объ ё мнаяскорост ь газа-носит е ляч е ре з колонку, изме ре нная
при т е мпе рат уре колонки. О днако VR, в св ою оч е ре дь, зав исит от массы
сорбе нт а и т е мпе рат уры колонки, поэт ому ч аще использую т в е лич ину
у д е л ьно го у д е рж ив ае мо го о бъёма Vg:
                                          273,2 VR
                                   Vg =        ⋅ ,
                                           T    w
где w – масса не подв иж ной фазы в колонке, Т – т е мпе рат ура колонки.
       Зав исимост ь логарифма уде льного уде рж ив ае мого объ ё ма (Vg) от об-
рат ной абсолю т ной т е мпе рат уры (1/Т) пре дст ав ляе т диаграмму уде рж ив а-
ния(рис.77). Анализ эт ой диаграммы даё т в аж ную информац ию о фазов ых
пе ре ходах в не подв иж ной полиме рной фазе . Рассмот рим от де льные уч аст -
ки эт ой крив ой дляполукрист аллич е ского полиме ра.
       1. У ч аст окАВ. Э т а т е мпе рат урная област ь находит ся ниж е т е мпе ра-
т уры ст е клов ания (Тс) полиме ра, где не происходит проникнов е ния моле -
кул сорбат а в объ ё м полиме рной фазы. У де рж ив ание обуслов ле но лиш ь