zum Directory-modus

Lichtstreuungsmessung zur Molmassenbestimmung

Messung der Lichtstreuung

Experimentelle Durchführung

Abb.1
Schemazeichnung einer Lichtstreuungsapparatur

Die Streuintensität wird mit Hilfe von Lichtstreugeräten gemessen. Dabei wird die zu untersuchende Lösung in einer zylindrischen Küvette mit Primärlicht bestrahlt. Bei ausgewählten Streuwinkeln θ wird dann die Intensität des gestreuten Lichts gemessen. Dabei werden z.B. Wellenlängen von 488 nm (Ar-Ionen-Laser) bzw. 633 nm (He-Ne-Laser) gewählt. Die Beobachtungswinkel liegen meist zwischen 30° und 150°. Allerdings sind auch Kleinwinkelmessungen z.B. bei 3° oder 7° üblich.

Als Konzentrationen der Lösungen werden z.B. 0,1 bis 0,5 g/L gewählt. Störungen durch Verunreinigungen, Staubpartikel etc. müssen durch sorgfältige Reinigung von Lösemittel und Probe ausgeschlossen werden, z.B. Filtration durch besonders feinporige Glasfilter (G5, Porenweite 1,0 - 1,7 μm) oder mehrstündiges Zentrifugieren bei 25.000g (25.000-fache Erdbeschleunigung). Die gemessenen Intensitäten werden auf Standards bezogen, z.B. staubfreies Lösemittel. So ist die reduzierte Streuintensität von hochreinem Benzol für verschiedene Wellenlängen als Rayleigh-Verhältnis tabelliert. Zur Kalibrierung eines Gerätes wird ein Standard bei θ = 90° gemessen und auf das Rayleigh-Verhältnis bezogen. Mit dem vorher bestimmten Brechungsindex des Lösemittels und dem Brechungsindex-Inkrement der Lösung dn/dc wird die optische Konstante K für die eingesetzte Wellenlänge berechnet.

Für die Auswertung der Streumessungen hat B. Zimm ein Auswerteverfahren entwickelt, bei dem sowohl die Extrapolation auf c → 0 als auch θ → 0 möglich sind. Dazu wird K · c I red  gegen sin 2 ( θ 2 ) + const·c aufgetragen, wobei const einen Maßstabsfaktor darstellt, der hilft, das Diagramm übersichtlicher zu gestalten. Es wird bei konstanter Konzentration auf den Winkel θ → 0 und bei konstantem Winkel auf c → 0 extrapoliert.

Abb.2
Zimm-Diagramm zur Extrapolation von Lichtstreuungsmessungen auf c → 0 und θ → 0

K = 2 π 2 n 0 2 N A λ 4 ( n c ) 2 c=Konzentration des gelösten Stoffes I red =reduzierte Streulichtintensität const=100=Maßstabsfaktor θ=Beobachtungswinkel n 0 =Brechungsindex des Lösemittels

Aus Lichtstreumessungen mit Lösungen verschiedener Polymerkonzentrationen bei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln erhält man

  • den 2. Virialkoeffizienten B aus der Steigung der Konzentrationsabhängigkeit für die auf sin 2 ( θ 2 ) → 0 extrapolierten Werte,
  • den mittleren Trägheitsradius < r 2 > 1 / 2 aus der Steigung der Winkelabhängigkeit für die auf c → 0 extrapolierten Werte,
  • das Gewichtsmittel der Molmasse M ¯ w aus dem Ordinatenabschnitt.
Seite 4 von 5