Вопрос 4. Вискозиметрическое определение молекулярной массы полимеров. Вязкость крови

Для исследования гидродинамических свойств полимеров в разбавленных растворах наиболее часто применяется метод вискозиметрии как один из самых простых в аппаратурном оформлении. Этот метод позволяет получить такие важные характеристики макромолекул как молекулярная масса, размеры, коэффициент набухания макромолекулярного клубка, степень полидисперсности макромолекул.

Как известно, вязкость (внутреннее трение жидкости) обусловлена взаимодействием молекул жидкости и проявляется при ее течении. Рассмотрим модель слоистого течения жидкости. Течение жидкости в капилляре диаметром x характеризуется градиентом скорости dv/dx вследствие того, что слой жидкости, непосредственно примыкающий к стенке капилляра, остается неподвижным, а слой, находящийся в центре капилляра, движется с максимальной скоростью. Ламинарное течение жидкости описывается законом Ньютона, согласно которому напряжение сдвига t, вызывающее течение жидкости, пропорционально градиенту скорости течения:

t = hdv/dx (1)

Коэффициент пропорциональности h называется динамическим коэффициентом вязкости или просто динамической вязкостью с размерностью Па·с или дин·с/см². Кинематическая вязкость есть отношение динамической вязкости к плотности раствора:

ν = μ/ρ (2)

Размерность кинематической вязкости м²·с, см²/с.

Измерение вязкости жидкостей проводят чаще всего в капиллярных вискозиметрах. Оно базируется на уравнении Пуазейля, которое, в свою очередь, выведено из закона Ньютона:

Q = πr⁴∆Pt/ηl (3)

где Q – количество жидкости, протекающей через капилляр за время t;

r, l – радиус и длина капилляра соответственно;

∆P – разность давлений на концах капилляра.

Если жидкость течет под действием собственного веса, то

∆P=∆h·ρ

где ∆h – высота столба жидкости в приборе;

ρ – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

решая уравнение (3) относительно η, получим:

η = Kρt,

где K = (πr⁴∆hg)/8Ql называется постоянной вискозиметра и находится по времени истечения жидкости с известной вязкостью и плотностью