NMR聚合物分析
聚合物科学家面临的挑战之一是分子量的(平均链长)测定。虽然通常使用膜渗透压测定法、凝胶渗透色谱法、粘度分析和质谱法来测定分子量,但这些技术可能很耗时,对于所涉及的分子量范围不准确或需要专门的仪器。NMR端基分析提供了一种简单的替代方法,使用了许多分析实验室中常见的仪器。此外,NMR分析还可用于精确测定各种共聚物分子的单体比例。
Sigma-Aldrich公司的科学家通过1H NMR端基分析,对Mn值在3000以下的聚合物进行常规测定数均分子量(Mn)。仪器的灵敏度和随后检测端质子的能力将决定可测量上限。该方法依赖于几个简单的需求。
- NMR可将可识别的端基质子与重复单体基团质子区分开来
- 端基质子和单体质子的精确整合
- 单体配方重量 知识
一旦确定了端基上的质子与聚合物链上的质子的比值,利用NMR,可以应用简单的数学公式生成Mn值。
下面的例子说明了这种方法:
1)计算,每个质子的积分:
定位端基质子的信号(ca.5.86.2和6.4 ppm)
每质子积分 | = | 乙烯质子积分之和 两个基端乙烯的质子数量 |
⇓ | ||
= | 10.00 + 9.66 + 10.17 6 | |
⇓ | ||
= | 4.97每质子 |
2)计算,重复单体单元数,n:
定位OCH2CH2质子信号(ca. 3.6, 3.7 & 4.3 ppm)
n | = | (亚甲基质子积分之和)/甲基质子的数量 {以前计算的每个质子值的积分} |
⇓ | ||
= | (20.79 + 151.87) / 4 4.97 | |
⇓ | ||
= | 8.69重复单体单元,n |
3) 计算,Mn:
Mn | = | (FW端基)+(FW重复单元)(n) |
⇓ | ||
= | (55.06 + 71.60) + (44.05)(8.69) | |
⇓ | ||
= | 509 |
通过NMR分析共聚物
1H NMR也是计算共聚物中单体比例的有用工具。如下面的例子所示,这种方法即使在重复单位质子信号重叠的情况下也可以使用,只要存在一个来自重复单位的清晰可辨信号即可。
1)计算,丙二醇的相对摩尔数(PG):
定位代表甲基(CH3)质子的信号(ca. 1.0 ppm)
聚丙烯的相对摩尔数 | = | 甲基质子积分 甲基团质子的数量 |
⇓ | ||
= | 30.00 3 | |
⇓ | ||
= | 10.00相对摩尔PG |
2)计算,乙二醇(EG)的相对摩尔数:
注意:在3.0-4.0 ppm区域中,有3个PG质子信号(代表丙二醇CH & CH2基团),与同一区域中的乙二醇亚甲基(CH2)质子重叠。这3个PG质子的积分将等于代表3个先前确定的丙二醇甲基(CH3)质子的积分。为了确定EG单位的摩尔比,必须从3.0-4.0 ppm区域总积分中减去PG积分。
定位亚甲基质子的信号(在3.2和3.7 ppm之间)
EG的相对摩尔数 | = | CH2质子积分总和-CH3质子积分 EG质子的数量 |
⇓ | ||
= | (31.50 + 18.76 + 13.10) – 30.00 4 | |
⇓ | ||
= | 8.34相对摩尔数 |
3)计算,乙二醇摩尔百分比:
EG摩尔百分比 | = | 相对EG摩尔数x 100% 相对EG摩尔数+相对PG摩尔数 |
⇓ | ||
= | 8.34x 100% 8.34 + 10.00 | |
⇓ | ||
= | 45.5摩尔百分比的乙二醇 |
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