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PE-UHMW分子量及其分布表征技术进展
摘要：
聚乙烯超高分子量（PE-UHMW）是一种高分子材料，具有优异的耐磨性、耐化学腐蚀性和高强度等特性，被广泛应用于医疗器械、工业制品和运动器材等领域。高质量的PE-UHMW需要准确的分子量和分布表征，因此，本文将讨论PE-UHMW分子量及其分布表征技术的发展和研究进展。文章首先介绍了PE-UHMW的结构特点和应用领域，然后详细讨论了分析PE-UHMW分子量和分布的现有技术及其优缺点。重点探讨了基于凝胶渗透色谱（GPC）技术和质谱技术的新方法，包括多角度激光光散射（MALS）和飞行时间质谱（TOF-MS）。最后，文章总结了当前PE-UHMW分子量及其分布表征技术发展的现状，并展望了未来的发展趋势。
关键词：PE-UHMW，分子量，分布，GPC，MALS，TOF-MS
1.引言
聚乙烯超高分子量（PE-UHMW）是一种具有优异性能的高分子材料，被广泛应用于医疗器械、工业制品和运动器材等领域。这种材料具有高强度、优异的耐磨性、耐化学腐蚀性和超长的寿命等特性，因此在制造各种高品质工业制品和器械时常被选用[1]。它的应用领域涵盖了医学领域的人工关节、骨骼修复和牙科材料；运动领域的滑板、滑雪板和保护装置；以及工业领域的输送机、储物箱和防撞材料等场合。
为了确保PE-UHMW的高质量制造，需要准确的分子量和分布表征方法。确定PE-UHMW的平均分子量和分子量分布是确定其性能和工艺的重要步骤，而分子量分布直接影响材料的物理特性[2]。因此，准确地测量PE-UHMW的分子量和分布是制造相应产品的必要步骤。
本文将介绍当前PE-UHMW分子量和分布的常用技术，并进一步讨论新技术的开发和应用。
2.PE-UHMW分子量及其分布的常用技术
目前，常用的PE-UHMW分子量及其分布的技术有凝胶渗透色谱（GPC）、红外光谱法（IR）、核磁共振（NMR）和拉曼光谱法等[3]。下面将分别介绍它们的原理和优缺点。
2.1GPC
凝胶渗透色谱（GPC）是目前最为常用的分子量测量技术之一，是通过溶解样品，并用于流动相的色谱柱中来分离不同分子量的聚合物的一种方法。GPC操作也被称为大小排除色谱（SEC）或凝胶渗透色谱（GPC）。它主要靠样品在溶液中扫过一根多孔高分子凝胶柱，而非质量和分子大小同的分子，将以不同的速度进入凝胶颗粒内部，进而分离出来。分子量通过流速与凝聚体亲疏性的关系，来决定分子在柱中保留的时间和相对位置。GPC操作可以扩展至各种可溶的、聚合物样品，从不同领域的样本到细胞生物学、食品和环境样品。
GPC是目前比较成熟的一种方法。其优点是操作相对简单、分析速度快、可处理各种类型的样品，同时它的测量精度比较高[4]。但是，该方法需要标准样品来建立校准曲线，同时，GPC也不能对超大分子量聚合物进行测量。
2.2IR
红外光谱法（IR）是一种常用的分析方法，可以测量物质的结构，同时也可以用于测量分子量分布。IR测量的原理是通过选择多个谱带并测量谱带的强度以获得样品的分子量和分布。当前，IR被广泛用于分析聚合物溶胀比和结构与分析凝胶过程的研究。
IR的优点是快速、简单，且可通过多个谱带来测量分子量分布。但是，IR方法的精度比较低，无法测量超大分子量的聚合物（分子量超过100万）。
2.3NMR
核磁共振（NMR）是一种常用的分析方法，可以分析分子结构和分子量分布。NMR测量的原理是利用核磁共振原理对分子进行分析。当前，NMR被广泛用于研究低分子量聚合物的结构和性质，并对大分子进行分析[5]。
NMR的优点是可以测量小分子和大分子的分子量，同时也可以用于测量分子量分布。但是，NMR的测量时间比较长，需要较高的样品纯度，并且在测量过程中可能会遇到样品分解的问题。
2.4拉曼光谱法
拉曼光谱法是一种新兴的技术，可以可靠地测量聚合物的结构。拉曼光谱法测量聚合物时，其分子量分布是通过分析拉曼光谱图中的谱峰位置和强度来表征的。该方法被广泛用于研究化学反应和材料科学[6]。
当前，拉曼光谱法的优点是可以测量小分子和大分子的分子量，同时也可以用于测量分子量分布。但是，该方法尚未进入实际工业生产中。
3.新技术的开发和应用
不断发展的分析技术使得大分子化合物的准确测量成为可能。在分析PE-UHMW分子量和分布方面，新技术的开发和应用包括多角度激光光散射（MALS）和飞行时间质谱（TOF-MS）。
3.1MALS
多角度激光光散射（MALS）是一种新兴的技术，它可以测量大分子量和分布。多角度激光光散射原理是利用一组旋转的激光束照射样品，同时通过多个传感器检测分散光。分子量可以通过多个角度的分散光进行分析[7]。该技术可以快速、准确地测量大胶体分子中的分子量分布，特别是在分子量极高时，并能有效地应用于聚合物、胶体、生物和纳米材料等领域的研