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《综合化学实验(一)》补充实验讲义 实验G 无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球及离子交换树脂的制备、表征和应用 （参见王尊本主编《综合化学实验》（第二版）pp318-322 。实验三十九 悬浮聚合法制备聚 苯乙烯微球及离子交换树脂的制备、表征和应用。科学出版社， 2007 ） （一）前言 参见王尊本主编《综合化学实验》（第二版）pp318-322 有关内容。 （二）实验 目 的 1）进一步学习和掌握高分子化学知识，掌握单体纯化、无皂乳液聚合的操作过程。 2 ）学习高分子物理知识，了解动态光散射法的原理及其在高分子研究中的运用。 3 ）了解离子交换树脂制备的基本方法。 （三）实验 原 理 离子交换树脂的外观一般为颗粒状的，因此可以利用悬浮或者乳液聚合的方法来制备。 参见王尊本主编《综合化学实验》（第二版）pp318-322 有关内容。 用传统工艺合成得到的离子交换树脂颗粒大、粒径分布宽、内扩散影响大、交换容量 小。为了克服这些缺点，可以采用乳液聚合法合成出粒径较小的苯乙烯-二乙烯苯共聚合微 球, 并在此基础上合成亚微米离子交换树脂。无皂乳液聚合是一种在传统乳液聚合的基础上 发展起来的新型聚合方法，聚合体系中一般不含乳化剂。制得的微球粒径小于1 μm，粒径 分布窄，表面比较洁净，交换容量大。 （四）动态光散射法基本原理 动态光散射法（Dynamic Light Scattering ，DLS ），也称光子相关光谱（Photon Correlation Spectroscopy，PCS ）或者准弹性光散射（quasi-elastic scattering ），是通过测 量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种方法。DLS方法测量粒子粒 径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。 1. 动态光散射仪器的结构和测量原理 动态光散射仪器的结构原理图如下： 光在传播时若碰到颗粒，一部分光会被吸收，一部分会被散射掉。如果颗粒静止不动， 散射光发生弹性散射时，能量频率均不变。但是，样品中的颗粒不停地做布朗运动（Brownian motion ），正是这种运动导致光强的波动，使散射光产生多普勒频移。动态光散射方法就是 根据这种微小的频率变化来测量溶液中颗粒的扩散系数 D 。根据Stokes - Einstein方程 kT D 6πηRh （式中，k为玻尔兹曼常数，T 为绝对温度，η为溶液的粘滞系数），当扩散系数D一定时， 由于实验样品溶剂、温度是确定的，扩散的快慢只与流体动力学半径Rh 有关，由此可求出 颗粒的流体动力学半径 Rh 。 2. 光信号与粒径分布的关系 光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号。瞬间光强不是固 定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关。某一时间的光强与另一时间的 光强相比，在极短时间内，可以认为是相同的，相关度为1；在稍长时间后，光强相似度下 降；时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0 。根据光学理论，对于单一颗 1 粒，光强自相关函数G(2)(τ)与电场相关函数g(1)(τ)之间满足下面的关系： 2 G(2) (τ) A(1+β g (1) (τ) ) 其中，τ是相关时间，A是基线，可以通过计算或测量得到；β是一个常数，可以在拟合的过 程中得到。实际上，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义。在多 分散体系中，