质谱测定高分子分子量

超高分子量聚乙烯英文名ultra high molecular weight polyethylene简称为UHMWPE，是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。普通高密度聚乙烯的分子量约为2-30万，而超高分子量聚乙烯则具有至少150万的分子量，因此它具有一般工程塑料难以比拟的一些优异性质，例如超高的耐磨性、抗低温冲击性、耐环境应力开裂性以及自润滑性，它在高性能纤维市场上，包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势，在现代化军工和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料的分子量是其核心指标，分子量的高低影响材料的强度、韧性和耐磨度。在超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料的生产和研发中，乌氏毛细管法因简单、方便、快捷且经济成为首选测定方法，其中ASTM D4020-2011及GB/T1632.3-2010标准中也对乌氏毛细管法测聚乙烯的黏均分子量作出了相关规定。乌氏毛细管法实验操作简便、效率高、数据精准，在大多数高分子材料检测及相关质量控制中都起到关键作用，尤其是目前在很多行业中使用的自动乌式黏度计，以自动化的精确高效替代人工及数据误差，节省人力的同时进一步提高了实验数据的准确性。以杭州卓祥科技有限公司的IV3000X系列超高温全自动乌式黏度计、MSB系列多位溶样块、ZPQ智能配液器一整套黏度测试设备为例： 实验流程：1. 智能配液过程使用ZPQ智能配液器进行配液，点击配液功能后，直接输入浓度和质量（可通过连接天平直接获取），可直接计算出所需要的目标体积进行移液并且精度可达0.1%。可避免因手动配液方法导致的精度差、效率低及数据误差等问题。ZPQ智能配液器还具有密度计算功能，移取液体体积后，输入质量（可与天平通讯，直接获取），即可自动计算出密度值。2. 溶样过程MSB系列多位溶样块，采用金属浴的方式进行加热溶样并具有自动搅拌功能，同时最多可容纳15个样品。溶样效率快、转速可调、溶样时间可调、溶样温度可调、溶样温度可达180℃。3. 测试过程IV3000X系列超高温全自动乌式黏度计可实现自动连续测量，全程无需人员看管。并且采用的智能红外光电传感器，保证测量时间可到毫秒级，控温精度可达±0.001℃，可有效确保实验数据的精度，避免人工实验导致误差。4. 测试结果：IV3000X系列全自动超高温乌式黏度计连接电脑端，得出结果可在计算机上直接显示，并有数据储存、多样化粘度分析报表等多种功能。5. 粘度管清洗干燥过程：仪器可自动排废液，自动清洗并干燥粘度管，粘度管无需从浴槽中取出，粘度管不易损坏，减少耗材成本支出。清洗模式可多种选择，同时具有废液分类收集功能，减少废液回收成本及避免因多种废液混合导致的风险。IV3000X系列全自动超高温乌式黏度计可实现自动测试、自动排废液、自动清洗，自动干燥，告别了粘度管是耗材的时代。

1983年，化学所高物实验室，钱人元先生(右二)和中科院化学所高分子物理实验室的同事们讨论聚丙烯丙纶纺丝的工作PI 薄膜复合膜生产线　　从上世纪50年代到今天，中国高分子科学从无到有、从弱到强，这与中科院化学所的贡献密不可分。　　化学所是国内最早开展高分子科学与材料研究的科研单位之一。早在建所之初，高分子科学就成为化学所的主要学科方向之一。六十年来，化学所重视基础研究，不断拓展研究领域，按照国民经济和国防科技需求，在高分子化学、高分子物理和高分子材料等重要学科前沿和应用领域开展了系统的创新性研究，有力地促进了高分子学科的发展。　　高分子科学“从无到有”　　上世纪50年代，新中国成立之初，我国高分子工业刚刚起步。1956年，中科院化学所成立，时任上海有机化学研究所副所长的王葆仁带领多名研究人员迁入化学所，成立了高分子研究室。这便是如今高分子物理与化学国家重点实验室的前身。　　中科院化学所副所长王笃金告诉《中国科学报》记者说：“研究人员围绕当时国家最迫切的需要开展科技创新，完成了我国高分子学科从无到有的过程。”　　在高分子物理方面，研究人员建立并推广了测定高分子最基本的结构参数—分子量和分子量分布的方法，逐渐延伸到高分子溶液性质、高分子链结构与表征等方向。高分子化学方面，聚甲基丙烯酸甲酯、聚己内酰胺、离子交换树脂等成为主要研究方向之一。此外，常温/高温凝胶色谱仪、气相渗透仪、沸点升高仪、裂解色谱仪等科研仪器，也逐步实现了批量生产并推广到许多科研机构，对提升我国高分子科学整体水平发挥了引领作用。凝胶色谱仪（来自互联网）热裂解-色谱/质谱联用仪（来自互联网）　　助力国家重大任务　　化学所的高分子科学研究从成立起，就重点服务于国家重大任务。为国家“两弹一星”的研制，化学所老一辈科学家开展了酚醛树脂、环氧树脂以及推进剂、黏结剂的研制。上世纪60年代，在“任务带学科”的思想指导下，开展了“复合材料”与“感光材料”两大领域的研究。　　2001年，为了满足国家高新技术产业，尤其是航天、航空、空间、微电子等发展的需要，高技术材料实验室在化学所组建。　　高性能有机硅材料是航空、航天、电子等高技术领域必不可少的关键材料之一。化学所先后在国内率先研究并开发了甲基乙烯基和苯基硅橡胶、耐油硅橡胶、高强度硅橡胶等重要高性能有机硅材料。自主研制的系列耐高温硅橡胶、系列空间级硅橡胶也达到国际先进水平，为我国“载人航天”等重大工程作出了贡献。　　据了解，该实验室还在耐高温聚酰亚胺、耐烧蚀防热酚醛树脂、特种环氧树脂等高分子材料领域取得了具有重要影响的研究成果，形成了近百种系列化货架产品，支撑着我国高新技术领域中许多重要工程型号的研制与发展。　　与世界科学前沿并行　　60年来，高分子科学在中科院化学所生根发芽，在多个领域已实现与世界科学前沿并行。　　最近，高分子科学方向得到持续稳定的发展。高分子化学作为化学所的主要研究方向之一，已在共轭高分子的设计、合成和光电性能研究，有机聚合物电子学和光子学等研究方面在国际上产生重要影响。高分子物理研究主要集中在高分子单链结构、动态性质以及与界面相互作用、各种散射技术在高分子中的应用等领域。高分子理论与模拟研究则集中在聚合物结晶动力学、软凝聚态物理理论等方面。　　此外，研究人员在聚合物太阳能电池、高分子仿生材料等方面也取得了诸多新进展。基于坚实的科学基础，化学所在高分子材料领域开展了丰富的成果转化工作，为国民经济作出了贡献。例如，在辽宁营口向阳化工厂实现了聚丙烯催化剂的产业化，同时，科研人员开发出具有我国自主知识产权的三代聚丙烯纤维制造技术，使我国衣着用化纤新品种丙纶的开发处于国际前列，创造了巨大的经济效益和社会效益。　　展望未来，化学所的高分子科学将继续坚持高分子化学、高分子物理和高分子材料等研究领域的创新性研究，继续为化学科学的发展做出不懈努力，继续为国家经济建设和国防建设所作出卓越贡献。

p　　高分子材料表征对于高分子材料性能的研究至关重要，仪器信息网采访了五位高分子领域不同方向的专家，共同探讨对于高分子表征仪器现状和未来发展趋势的看法。/pp　　strong张荣纯(华南理工大学 副研究员)/strong：/pp　　高分子材料宏观性质往往取决于微观分子结构和链段动力学，而当前对于高分子新材料的表征往往更多侧重于宏观性能的表征,比如力学性能、流变、溶胀等，但对于高分子新材料微观结构和链段动力学分子水平的表征却往往较少。/pp　　一方面，分子水平的表征需要更高精尖的仪器设备和方法；另一方面，需要对分子水平结构和动力学的相关理论有足够认识才能准确地建立起微观与宏观之间的定量关系。同时，高分子新材料的发展往往伴随着高分子化学的新进展，比如新的化学合成方法，新的化学反应机理等，而阐明这些机理也需要更多原位的分子水平表征技术和分析仪器。因此，随着高分子材料的发展，对高精尖分子水平的分析和表征仪器和手段方法的要求也会越来越高，包括分辨率，灵敏度，精确度等。/pp　　strong扶晖(北京大学 高级工程师)/strong：/pp　　对于高分子材料，尤其是具有特殊性能的新型材料的发展或者制造，我国的现状是很多配方组成都是经验式进行。但是这种靠着经验来进行的话，有时候你并不了解你是如何获得了性能好的材料。如果要再进一步提升其性能，你必须知道分子内部的情况，所以就需要各种各样的分析仪器的帮助。/pp　　对于固体核磁来说，因为固体核磁是一种能够在多种微观尺度上了解高分子材料分子内部组成、结构、相互作用和动力学性质的一种比较简便的分析方法，而且固体核磁对样品是无损的。在一定的情况下，它也能实现在线的、直观的研究，比如材料随外界环境的变化（温度、光照等）的影响。这些外界条件的改变导致的材料性能的转变，也就用这种在线的方式来进行研究。/pp　　现在材料研究的发展的不但是对人员背景素质要求比较高，而且对仪器本身配置要求也比较高。就我自己的经验来看，很多来做测试的人员，可能他研究这个体系非常好，但他并不知道他应该要用什么方法来体现出这个材料的独特的地方，有时候就只做一些非常简单的核磁表征，结果文章发表出来，质量可能就不会高。第二，他没有把它真正的这个他这个研究体系里的这个亮点给挖掘出来。/pp　　此外，核磁这种仪器，场强越高，呈现的结果就越好，现在还有新型的带DNP的这种核磁。这种带DNP的核磁，仪器本身比较昂贵，但是它能够提供特别好的信噪比，所以它就可能可以在信号上捕捉到一些以前没有捕捉到的信号，然后可以更进一步的探索材料分子内部的一些情况。/pp　　strong乔娟(中国科学院化学研究所 副研究员):/strong/pp　　高分子材料及聚合物的飞速发展使其成为众多领域的基础，其成品的性能与高分子结构的化学、物理性能等密切相关，结构决定性能。为了更好地表征高分子材料的性能与组成、结构的联系，多种分析测试手段必不可少也决定了我们对于高分子材料理解的深度和广度。/pp　　结合刺激-响应荧光聚合物材料的制备及应用，我们的期望是:/pp　　(1)新型的分析测试手段能更加直观地表征聚合物在刺激变化时的内部分子、电子及原子层次的变化 /pp　　(2)通过成像等手段将传递于聚合物和荧光分子之间的时间-空间的变化信息更加直观及高效地呈现出来。/pp　　总之，就是提高分析方法的速率、分辨率及可视化。/pp　strong　杜振霞(北京化工大学 教授):/strong/pp　　终端市场对材料的性能要求越来越高，高分子材料本身细微的差异(结构差异、分子量分布差异和添加剂差异)就可能造成物性的巨大改变，所以未来对于高分子材料的表征，一定是物理表征和化学表征双管齐下，不仅需要通过一些物理和应用参数证明材料的性能，还需要从分子层面对于材料的研究将会更科学地诠释材料的构效关系。/pp　　对高分子材料细微差异的研究需要分辨率高、灵敏度高的表征手段，才可以捕捉到材料间细小的差异变化。高分子材料细微差异有时跟聚合机理和预聚体的结构紧密相关，因此研究聚合机理或预聚体的精细结构很重要。对于某些预聚体成分和结构可以用ESI—MS或APCI-MS，或MALDI-TOF进行精细表征，但考虑到电离竞争效应，分子量大的难于电离，甚至没有电离，不能看到其全貌，需要进一步结合凝胶渗透色谱。 Waters公司推出的APC相对常规GPC来说具有效率高、分离度高的特点，如果能跟ESI-TOF或APCI-TOF联用，将来在材料表征应该是利器。/pp　　材料的化学成像(质谱成像)技术越来越普遍，用以研究材料在不同工艺或者使用环境下的表面化学成分差异。配合电镜等手段，可以更全面地了解材料。/ppbr/script src="https://p.bokecc.com/player?vid=0E3AA5129BA0FD249C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=621F7722C6B7BD4E&playertype=1" type="text/javascript"/script/pp style="text-align: center "strong生物基橡胶改性剂——杜仲树脂的表征及应用性能的研究（视频节选自2020年先进高分子材料网络会议）/strong/pp　　strong黄潇楠（首都师范大学化学系 副教授):/strong/pp　　作为溶液态高分子,在溶剂中的微观状态现在主要可以通过光散射，辅助其他表征仪器进行检测。但是，光散射的测量现在只适用于纳米尺度的测量，更小尺度的测量编的很不准确。而高分子结构在溶剂中的溶剂化作用，目前还没有特别好的手段能够测量和表征，这一作用在智能响应高分子中新的尤为重要，因为随着智能响应高分子在材料领域的应用越来越多，需要设计具有适应于生物体环境的高分子，生物体环境变化小，例如温差，pH值，要设计此类高分子的基础是对于智能高分子的智能响应性机理具有很透彻的研究，而其智能响应性的根本激励目前根据推测是溶剂分子尤其是水分子和高分子分子链之间的作用导致，但是目前尚未有能够直接测定溶液中溶剂和溶质分子将作用的检测方法，因此，发展更为微观尺度的检测方法是一个研究方向。/ppbr/script src="https://p.bokecc.com/player?vid=D521B0919035869E9C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=621F7722C6B7BD4E&playertype=1" type="text/javascript"/script/pp style="text-align: center "strong激光光散射在高分子药物载体中的应用（视频节选自2020年先进高分子材料网络会议）/strong/ppbr//p