聚电解质的表征

Polyelectrolytes are not fully understood so far. The characterization is critical for studying their structure/property relations. In this project, we plan to characterize polyelectrolyte properties in solution or at interface by use of analytical ultracentrifuge (AUC) and quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D). We will examine the effects of polyelectrolyte concentration, solvent quality, and salt concentration, valence as well as specificity of added salt. With the data from different polyelectrolytes, we will establish some relations between the parameters and develop programs for measurement and data processing, so that we can provide methods for characterizing biomacromolecules and other complex charged systems.

聚电解质是迄今尚未完全了解清楚的体系之一。聚电解质的表征是研究其结构与性能的关键。在本项目中，我们将用超速离心分析(AUC)和具有耗散功能的石英晶体微天平(QCM-D)等手段表征溶液和界面上聚电解质的性质，研究聚电解质的浓度、溶剂质量、外加离子的浓度、价态和种类等因素的影响。在研究多个不同聚电解质体系基础上，通过大量数据分析，建立表征参数间的关系, 发展有关测试和数据处理方法，为表征生物大分子等复杂带电体系提供方法和依据。

聚电解质是目前仍不清楚的体系之一，其表征对理解其结构与性能的关系十分重要。在过去的五年中，我们利用超速离心分析(AUC)、石英晶体微天平技术(QCM-D)结合激光光散射(LLS)等手段表征了溶液和界面上聚电解质的动力学行为、构象变化和相互作用。取得成果如下：1) 我们厘清了聚电解质在无外加盐(salt-free)溶液中存在所谓“慢运动”的本质，确认它由聚电解质链间排斥作用所导致的体系动力学不均匀造成；2) 发现聚电解质的无盐稀溶液分为Cd<Cp<C*和Cp<Cd两个区，其中C*为链的交叠浓度，Cd为德拜浓度，即链间距(d)与德拜长度(lD)接近时的浓度。Cd<Cp<C*时，d<lD，由于链间静电排斥作用，聚电解质链呈现“慢运动”等复杂动力学行为。Cp<Cd时，d>lD，链间排斥静电作用很弱，动力学行为与不带电高分子类似，不呈现“慢运动”；3) 发现强聚电解质具有pH响应，并证明它由pH调制的水合氢离子或氢氧根离子在强聚电解质链上吸附与解吸附引起的链间氢键网络重整所导致；4) 揭示了聚电解质体系中小离子的作用，以及静电排斥作用、氢键所扮演的角色，实现了对聚电解质材料性能的调控。关于本项目的结果, 共发表论文25篇，出版专著3部。