一种测量聚合物薄膜内溶液质量及其粘弹性的方法，包括如下步骤：1)在石英晶体微天平中，实时记录溶液引起的标准芯片的频率和耗散变化值和溶液引起的覆盖有聚合物薄膜的标准芯片的频率和耗散变化值，两者相减，即可得到聚合物薄膜内溶液的频率和耗散变化值；2)以倍频数和聚合物薄膜内溶液的耗散变化值的乘积为横坐标，以聚合物薄膜内溶液的频率变化值和倍频数的比值为纵坐标作线性回归方程，则线性回归方程在纵坐标轴上的截距为聚合物薄膜内溶液质量，线性回归方程的斜率为聚合物薄膜的推迟时间。该方法可在液态环境中实时、简易而准确地测得薄膜中的溶液质量和薄膜粘弹性。特别适用于测量由于高度水合溶胀带来的高粘弹性的聚电解质刷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于测量领域，具体涉及。
技术介绍
聚合物在生产和生活中都有着广泛的应用，特别是固液表界面上的高分子，极大地吸引着人们的研究兴趣。诸如石油开采中高分子助剂的两亲性，人造关节处高分子的润滑作用，胶体界面处高分子的防聚沉作用等等。因此准确而又定量地表征固液界面处的溶液含量有着至关重要的作用。 耗散型石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM-D)是一种测量表界面质量及粘弹性变化的新技术，具有10_9g级的灵敏度和实时监测的特点。其基本原理是基于逆压电效应和Sauerbrey方程。它在真空中的均匀平整、各向同性、坚硬的薄膜研究方面获得了极大的成功(如超高真空中监测气相沉积速度)，之后逐步被应用到液相环境的测量中(如实时监测溶液中蛋白质在生物界面的吸附行为)。但众所周知的是，当Sauerbrey方程应用于液相中时，因薄膜高度溶胀而带来的高粘弹性会使溶液含量被低估。这使得石英晶体微天平的准确度有所降低。虽然基于粘弹性模型的Qtools软件(Q-sense公司，瑞典)可以解决这一问题，但除去它的步骤较为繁琐外，在某些情况下拟合情况并不理想(如粘弹性极高的聚电解质刷薄膜)。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种实时、简易而有效地测量聚合物薄膜内溶液质量及其粘弹性的方法。 本专利技术所提供的聚合物薄膜内溶液质量及其粘弹性的方法，包括如下步骤: I)将标准芯片置于石英晶体微天平中，使石英晶体呈周期性自由振荡，然后通入溶液，实时记录溶液所引起的标准芯片的频率变化值(Λ Fs；n)和耗散变化值(Λ Ds；n)； 2)将覆盖有聚合物薄膜的所述标准芯片置于石英晶体微天平中，使石英晶体呈步骤I)中所述周期性自由振荡，然后按相同流量通入同样量的步骤I)中所述的溶液，实时记录溶液所引起的覆盖有聚合物薄膜的标准芯片的频率变化值(AFn)和耗散变化值(Δ Dn)； 3)将步骤2)和步骤I)中相同时间点的频率变化值和耗散变化值分别相减，即得到聚合物薄膜内的溶液所引起的标准芯片的频率变化值(AFr,n)和耗散变化值(ADr，n)； 4)以不同倍频数(η)和聚合物薄膜内的溶液所引起的标准芯片的耗散变化值(Δ Dr,η)的乘积(η.Λ\η)为横坐标，以聚合物薄膜内的溶液所引起的标准芯片的耗散变化值(AU和倍频数(η)的比值(Λ&η/η)为纵坐标作线性回归方程，所得的线性回归方程在纵坐标轴上的截距为聚合物薄膜内溶液质量(m);线性回归方程的斜率为聚合物薄膜的推迟时间根据τ = η/μ，计算出聚合物薄膜的弹性模量，其中，τ为聚合物薄膜的推迟时间，H为聚合物薄膜的粘度，μ为聚合物薄膜的弹性模量。 上述方法中，步骤I)中，所述石英晶体微天平的仪器型号为El型QCM-D，购自瑞典Q-Sense公司，基频为5MHz。 所述标准芯片为经过表面清理的干态标准芯片，如产品编号QSX-303，购自瑞典Q-Sense公司，表面清理为紫外-臭氧清洁处理。 所述周期性自由振荡的振荡频率为5ΜΗζ-65ΜΗζ。 所述溶液为去离子水、盐溶液、甲醇和乙醇等，所述盐溶液为氯化钠盐水溶液、氯化钾盐水溶液和氯化钠的醇溶液，所述盐溶液的浓度范围为10_5mOl/L-2mOl/L。 所述溶液的通入流速50 μ L/min-150 μ L/min。 上述方法中，步骤2)中，所述聚合物薄膜的厚度不大于lOOnm，所述聚合物薄膜为高亲水性的聚合物薄膜，如聚电解质刷，具体可为聚苯乙烯磺酸钠刷、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵刷、聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐刷等。 高亲水性的薄膜会因吸水而具有高粘弹性。 上述方法中，步骤3)中，聚合物薄膜所引起的标准芯片的频率变化值和耗散变化值由两部分组成:一部分为聚合物薄膜内与聚合物之间以流体力学相互作用结合在一起的溶液分子的质量所引起的频率变化值和耗散变化，不包括聚合物薄膜中聚合物的贡献；另一部分为聚合物薄膜自身的粘弹性所引起的频率变化值和耗散变化。 上述方法中，步骤4)中，所述倍频数为3、5、7、9、11和13。 本专利技术的测量方法，在保持石英晶体微天平10_9g级灵敏度和实时测量特点的基础上，提供了在液态环境中实时、简易而准确地得到薄膜中的溶液质量和薄膜粘弹性的方法。特别适用于由于高度水合溶胀带来的高粘弹性的聚电解质刷的研究。 【附图说明】 图1为实施例1中的聚苯乙烯磺酸钠刷的自身的频率变化值和耗散变化值，其中数字3为石英晶体微天平的3倍频，两个箭头从左至右分别表示I X 10_3mol/L NaCl盐溶液和去离子水替换先前溶液的时间，图上方“流动”和“静止”示意为蠕动泵的状态，其中，图中σ = 0.07chains.nnT2代表接枝密度(单位面积上接枝的高分子链数目)。 图2为实施例1中的聚苯乙烯磺酸钠刷的实时数据拟合过程图，其中数字η为石英晶体微天平的η倍频(为3、5、7、9、11、13共计6个数值)。 图3为实施例1中的聚苯乙烯磺酸钠刷的数据拟合结果图，包含薄膜内的(a)溶液质量(m)和(b)薄膜的推迟时间(τ )两个物理量，图中箭头表示氯化钠盐水溶液开始替换去离子水的时刻。 【具体实施方式】 下面结合附图通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此，凡在本专利技术的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。 下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。 实施例1、聚苯乙烯磺酸钠刷中溶液质量及其粘弹性的实时测定 I)聚苯乙烯磺酸钠刷的制备:将表面有二氧化硅镀层的芯片做亲水处理，使其表面富含硅羟基。将干燥的硅片置于环氧基硅烷试剂(5，6-环氧己基三乙氧基硅烷)的无水环己烷溶剂中进行自组装，使其表面富含环氧基。将末端为氨基的聚苯乙烯(PS-NH2, Mn =32X10^^01^ ；MW/Mn = 1.04)的甲苯溶液旋涂于富含环氧基的芯片表面，于真空烘箱中在160°C下反应24h。之后用甲苯淋洗掉未接枝的聚苯乙烯分子，即洗掉表面未反应的聚苯乙烯分子，制得聚苯乙烯刷。然后以硫酸和乙酸酐(体积比为1:3)的1，2_ 二氯乙烷溶液作为磺化试剂对聚苯乙烯刷进行软磺化处理，得到聚苯乙烯磺酸钠刷，椭圆偏光仪表征的干刷厚度约为15nm,去离子水溶胀后厚度约为40nm。 2)聚苯乙烯磺酸钠刷频率和耗散的实时测定:在干态下将表面长有聚电解质刷的芯片置于石英晶体微天平中，开启电路，使晶体呈周期性自由振荡(基频为5MHz)，然后通入溶液(如去离子水或盐溶液)，实时记录溶液引起的聚电解质刷芯片的频率变化值和耗散变化值(AF1^PADnK使用石英晶体微天平测量标准芯片重复上述步骤，可以得到溶液引起的频率变化值和耗散变化值(Λ Fs，n和Λ Ds；n)。将上述相应的频率变化值和耗散变化值进行相减，可以得到聚苯乙烯磺酸钠刷自身的频率和耗散变化(Λ&η和AU。各阶段的频率变化值和耗散变化值的关系如图1所示，从图1可知:各个倍频数下的频率或耗散变化曲线差异很大，无法通过传统的方法(Sauerbrey方程)计算来得到聚电解质刷内的溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量聚合物薄膜内溶液质量及其粘弹性的方法，包括如下步骤：1)将标准芯片置于石英晶体微天平中，使石英晶体呈周期性自由振荡，然后通入溶液，实时记录溶液所引起的标准芯片的频率变化值和耗散变化值；2)将覆盖有聚合物薄膜的标准芯片置于石英晶体微天平中，使石英晶体呈与步骤1)中相同周期性自由振荡，然后通入同样量的步骤1)中所述的溶液，实时记录溶液所引起的覆盖有聚合物薄膜的标准芯片的频率变化值和耗散变化值；3)将步骤2)和步骤1)中相同时间点的频率变化值和耗散变化值分别相减，即得到聚合物薄膜内溶液所引起的标准芯片的频率变化值和耗散变化值；4)以倍频数和聚合物薄膜内溶液所引起的标准芯片的耗散变化值的乘积为横坐标，以聚合物薄膜内溶液所引起的标准芯片的频率变化值和倍频数的比值为纵坐标作线性回归方程，则线性回归方程在纵坐标轴上的截距为聚合物薄膜内溶液质量；线性回归方程的斜率为聚合物薄膜的推迟时间，根据τ＝η/μ，计算出聚合物薄膜的弹性模量，其中，τ为聚合物薄膜的推迟时间，η为聚合物薄膜的粘度，μ为聚合物薄膜的弹性模量。
【技术特征摘要】
1.一种测量聚合物薄膜内溶液质量及其粘弹性的方法，包括如下步骤: .1)将标准芯片置于石英晶体微天平中，使石英晶体呈周期性自由振荡，然后通入溶液，实时记录溶液所引起的标准芯片的频率变化值和耗散变化值； . 2)将覆盖有聚合物薄膜的标准芯片置于石英晶体微天平中，使石英晶体呈与步骤I)中相同周期性自由振荡，然后通入同样量的步骤I)中所述的溶液，实时记录溶液所引起的覆盖有聚合物薄膜的标准芯片的频率变化值和耗散变化值； . 3)将步骤2)和步骤I)中相同时间点的频率变化值和耗散变化值分别相减，即得到聚合物薄膜内溶液所引起的标准芯片的频率变化值和耗散变化值； . 4)以倍频数和聚合物薄膜内溶液所引起的标准芯片的耗散变化值的乘积为横坐标，以聚合物薄膜内溶液所引起的标准芯片的频率变化值和倍频数的比值为纵坐标作线性回归方程，则线性回归方程在纵坐标轴上的截距为聚合物薄膜内溶液质量；线性回归方程的斜率为聚合物薄膜的推迟时间，根据τ = η/μ，计算出聚合物薄膜的弹性模量，其中，τ为聚合物薄膜的推迟时间，H为聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚虓，赵江，杨京法，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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