當(dāng)將純?nèi)軇┖腿芤悍旁谝黄鸩⒂锰刂频陌胪改⑵涓糸_時,可以看到溶劑分子通過半透膜進(jìn)入溶液的滲透現(xiàn)象(見圖16-37)。此時可觀察到溶液與溶劑的液面產(chǎn)生液位差。高出的溶液液面即相當(dāng)于一種壓力加到純?nèi)軇┑囊好?,此即為滲透壓。其可理解為使溶劑分子停止向溶液滲透所必須施加的額外壓力。
滲透壓(Π)的大小可表示如下:
Π=dgh
式中 d——溶液的密度;
g——重力加速度;
h——溶液與溶劑的液面差。
對稀溶液,則為:
ΠV=nRT
式中 V——溶液的體積;
n——在容積V的溶液中所含溶質(zhì)的摩爾數(shù);
R——氣體常數(shù);
T——絕對溫度。
已知n=W/M,W為溶質(zhì)重量,M為溶質(zhì)分子量。
ΠV=WRT/M
M=WRT/VΠ (因c=W/V)
M=cRT/Π=RT/(Π/c)
通常c的單位是克/毫升,Π的單位用溶劑柱的高度厘米表示。
如圖16-38中Π-c圖所示。對于無限稀釋的溶液,存在下述關(guān)系:
M=RT/(Π/c)0
為準(zhǔn)確獲得(Π/c)0,通常作Π/c-c圖,并外推至c=0時,截距為(Π/c)0,如圖16-39所示。
膜滲透儀結(jié)構(gòu)見示意圖16-40。其具有精確的恒溫裝置和小體積(0.4毫升)的測量池,測量池被一個半透膜分為兩部分,上半部測量池對外界開放,裝入被測量的溶液,下半部充滿溶劑與外界隔絕,溶劑給出對應(yīng)于樣品溶液滲透濃度的負(fù)滲透壓。安裝在測量池下半部的一個不銹鋼薄膜,由于負(fù)滲透壓而產(chǎn)生輕微彎曲,這種彎曲運動被壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)記錄并把它轉(zhuǎn)變成一個電信號。
膜滲透儀利用一種特殊裝置,使用溶劑的靜壓差進(jìn)行滲透壓的標(biāo)定。不同高度的靜壓差通過半遺膜起作用,以影響在測量池下半部的壓力測量系統(tǒng)。
測量池由不銹鋼制作,使用聚四氟乙烯密封墊和纖維素半透膜,適用于測量各種溶液。
被測量的溶液應(yīng)為稀溶液,其每100毫升溶劑中約含溶質(zhì)0.2~2克。
對于1克/100毫升濃度的液,其對應(yīng)的分子量及用厘米水柱表示的滲透壓如下述:
1克/100毫升濃度溶液對應(yīng)的質(zhì)量摩爾濃度 | 分子量 | 滲透壓Π(以厘米水柱表示) |
0.5/1000 | 2×10(4次方) | 12.6 |
0.25/1000 | 4×10(4次方) | 6.3 |
0.165/1000 | 6×10(4次方) | 4.2 |
0.1/1000 | 1×10(5次方) | 2.53 |
0.5/1000 | 2×10(5次方) | 1.27 |
0.1/1000 | 1×10(6次方) | 0.253 |
測量池注入樣品溶液后,儀器的平衡速度及可測量的分子量下限,由纖維素具有的滲透細(xì)孔數(shù)目及細(xì)孔大小、分布等纖維素半透膜的特性所決定。測定下限為5000~1000,測定上限由儀器的最大靈敏度決定,可達(dá)1000000。儀器可在5~130℃工作,控溫精度達(dá)0.001℃。
對于不同的樣品,可使用不同的半透膜材料和不同溶劑,并按照推薦的溫度操作。
使用的纖維素半透膜(再生纖維素、醋酸纖維素、硝酸纖維素)測量前應(yīng)置于含60%丙酮的水溶液中保存,再放置于預(yù)先脫氣的、待使用的溶劑中浸漬一定時間。最后將處理好的半透膜仔細(xì)安裝于測量池中。在保證測量池下半部嚴(yán)密與外界隔絕并固定在正確位置后(可由記錄儀顯示的位置確定),再用待使用的溶劑沖洗測量池,調(diào)記錄儀至零點位置并穩(wěn)定。然后進(jìn)行標(biāo)定,用10厘米液柱調(diào)至滿刻度。再使被測量溶液進(jìn)入測量池,根據(jù)記錄儀偏轉(zhuǎn)格數(shù),記錄滲透壓所對應(yīng)的以厘米高度計的溶劑液柱的數(shù)值。
為測定分子量,應(yīng)準(zhǔn)備由0.2克/100毫升至2克/100毫升之間的三種被測溶液。由計算的Π/c對c作圖,外推曲線至0時的Π/c值,然后代入下式求出平均分子量。
式中 D——有機溶劑的比重。