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Tutorial MenueCharakterisierung von PolymerenLerneinheit 9 von 14

Osmometrie

Die Membranosmometrie-Messzelle

Die Membranosmometrie-Messzelle besitzt eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran, die im Idealfall nur für Lösemittel durchlässig ist. Sie sollte alle Polymere von Polymerisationsgrad 2 an zurückhalten. In der Realität lassen jedoch alle Membranen, vor allem nach längerer Messdauer, Moleküle mit niedrigen Polymerisationsgraden permeieren. Dabei spielt auch die Form der Polymermoleküle eine Rolle: Kompakte kugelförmige Teilchen diffundieren leichter durch die Poren als lockere Fadengebilde.

Eine strenge Semipermeabilität lässt sich also nicht verwirklichen. Deshalb bevorzugt man schnell messende Osmometer, da sich bei längerer Messdauer die Durchlässigkeit der Membran für niedermolekulare Anteile stärker bemerkbar macht. Als Test kann man ein und dieselbe Lösung mit zwei Membranen unterschiedlicher Porenweite vermessen. Wenn sich an beiden der gleiche osmotische Druck einstellt, dann ist ein Fehler durch Diffusion von kleineren Polymermolekülen sicher auszuschließen.

Abb.1
Schema eines Membran-Osmometers

Mit dem Membran-Osmometer kann sowohl in wässrigen als auch in organischen Lösemitteln gemessen werden. Die Konzentration der zu untersuchenden Lösungen sollte zwischen 0,2 und 2 g pro 100 mL Lösung liegen. Die semipermeable Membran bestimmt durch die Anzahl durchgängiger Poren und durch ihre Porengrößenverteilung sowohl die untere Messgrenze als auch die Einstellgeschwindigkeit des Osmometers.

Eine übliche Messkurve ist durch einen steilen Anstieg zu Beginn gekennzeichnet, der allmählich in einen konstanten Wert übergeht. Die Datenerfassung eines modernen Geräts ist so eingestellt, dass sie auf diesen Kurventyp anspricht. Dabei kann die Ansprechempfindlichkeit manuell an das zu untersuchende System angepasst werden.

Sehr wichtig ist auch die richtige Vorbereitung der Membranen. Das Membranmaterial (meist regenerierte Zellulose) wird oft in Wasser angeliefert und ist mit Formaldehyd o.Ä. gegen Bakterienbefall geschützt. Sinnvollerweise wird die Membran in einem 60 %igen Aceton-Wasser-Gemisch im Kühlschrank gelagert. Aus dieser Umgebung heraus können die Membranen sowohl an Wasser als auch an organische Lösemittel "gewöhnt" werden. Dabei muss das Membranmaterial in Lösungen mit abgestufter Konzentration bestimmte Zeiten konditioniert werden. Zu beachten ist auch, dass beim "Umgewöhnen" eine Schrumpfung eintreten kann. Deshalb wird anfangs von einem größeren Membrandurchmesser als später benötigt ausgegangen. Schließlich ist noch eine langsame Adaptation der Membran an die Messtemperatur nötig.

Für die Sicherstellung aussagekräftiger Werte wird folgendermaßen vorgegangen:

Messung

  • bei Konzentrationen unterhalb von 1 Gewichts-%
  • in verschiedenen Lösemitteln
  • bei konstanter Temperatur
  • mit guter Membran
  • mit absolut dichter Messzelle.

Diese Methode ist für Molmassen von 2 · 10 4 bis 10 6 g/mol geeignet. Die untere Grenze ergibt sich durch die Porengröße der Membran, die kleinere Partikel permeieren lässt.

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