特性粘数

今时今日,还有多少研究生使用乌式粘度计测量特性粘数?而且能够测好来?

觉得自己理论差,数学差,没sense。于是每每跟人说我是做实验的,我是experimental physicist(假如我想吹嘘说我是一个phycist的话)。而实际上,有效数字乘除,误差运算等大学物理实验课第一节课内容,我现在都次次要Google。我连NaCl的分子量都要次次Google。以前说学生都不懂手算了,因为有计算器了。现在Google连计算器都打败了。因为我在键盘上输入n,a,c,l,回车,一共5个键,我在计算器上,按Power On,3,5,.,5,+,2,3,=,一共要9个键,而且还只精确到小数点后1位。再说了,我忘记Cl和Na的原子量了!

所以今时今日,学生就不会自己聚东西 ,能买就买。标签上分子量是几就是几,发文章的时候一率写used as received without further purification,连GPC都不想跑,谁会想去做特性粘数?而且直接不知道这回事,对着乌氏粘度计问“这是什么东西?”

测特性粘数不一定是为了知道分子量。如果要知道分子量,现在有很多好的方法,例如SEC-MALLS、MALDI/ToF等。不过特性粘数本身的信息还有其他价值。它本身的意义就是分子尺寸,单位质量的分子在溶液中的体积。事实上,高分子稀溶液的相当程度是把高分子当软胶体来想的。从胶体流变学的图象来想,光知道个体积分数,就能决定流变学了(等温实验无相互作用力的话),知道体积的话分子是多少意义不大了。换句话说特性粘数反映的是这种聚合物,它一点点质量在一定温度和溶剂中能被撑多开。可想而之这除了跟分子量有关外还会跟温度和溶剂的良劣有关。聚电解质的话更复杂。所以它真不是一个用来测分子量的好方法。回归到它本身给的信息,才不会忽视它的意义。

问题是,特性粘数是重要,但是不是一定得用乌氏粘度计来测呢?我的观点,粘度计、流变仪,都可以测粘度,这是流变学测量的问题,无非是多大程度接近均匀层流和保证no slip的问题,以及仪器测量上下限的问题。对于大多数高分子溶液,其溶剂都是粘度比水小的。因此溶剂粘度在旋转粘度计上测量就已经够呛了,不难理解为何会选用一种毛细管粘度计。乌氏粘度计无非就是一个毛细管粘度计而已,它“乌”无非“乌”在其管子设计上。假如说你的溶剂粘度够高,那完全可以拿到旋转流变仪上做。例如超高分子量聚乙烯要在135 degC溶在十氢萘里测粘度,那在旋转流变仪上做就方便多了,不然还得做一缸油浴,不仅气味重还很容易烫到手。

不过,使用乌氏粘度计还是繁琐,要测准来必须不能偷懒,而且也是个手艺活,不熟练的话,时间花很长。

我使用乌氏粘度计测量特性粘数的手艺还是不错的。最近要投一篇论文,本来就是本科学生的一些不完整的结果,故事上拯救了一下,想投SCI,结果还没被拒,于是审稿人意见当然会导致我必须把该补的数据补全。首先就是当初本科生用的样品来历不明,审稿人纠着不放,要我提供很多对样品基本性质的检测,其中就是要测特性粘数(哪怕不知道分子量)。我基本上就是一把就做成了,结果还挺好。

我嘴边总想冒出诸如“连特性粘数都测不好就别说你是做高分子的”之类的话。但是这里面还有时代的问题。“粘度”这个量越来越不足以反映我们今天想要知道的微观信息了。流变仪这种宏观方法,虽然在过去的几十年里大家建立了很好的理论去服务它,但当我们能直接在显微镜下看到聚合物的reptation和tube relaxation的时候(!),我们似乎已经达到结果,不再去管它造成何种粘度。毕竟,我们的兴趣更多地还是reptation而不是damping function!在以前,如果一个同行很懂reptation,却不懂流变学,我们会认为他很可能是个搞理论的,搞模拟的。但现在,实验上我们也不需要流变学来看reptation了。不过,如果你想知道稀溶液的分子尺寸,还是最好看特性粘数。再者,对于真正的胶体,测特性粘数还能看出粒子的形状信息。

Intrinsic viscosity of a gelatin sample

Intrinsic viscosity of a gelatin sample