物化設(shè)計(jì)性試驗(yàn)論文-電導(dǎo)法、比色法測(cè)定表面活性劑溶液臨界膠束濃度

1、<p><b>　　表臨</b></p><p><b>　　面界</b></p><p><b>　　活膠測(cè)</b></p><p><b>　　性束</b></p><p><b>　　劑濃定</b></p>

2、<p><b>　　溶度</b></p><p><b>　　液的</b></p><p>　　（青島科技大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)143 cy）</p><p>　　【摘要】電導(dǎo)法、比色法測(cè)定表面活性劑溶液臨界膠束濃度</p><p>　　【關(guān)鍵詞】電導(dǎo)法，比色法，表面活性劑

3、，臨界膠束濃度，十二烷基硫酸鈉（SDS），十二烷基三甲基溴化銨（DTAB）</p><p><b>　　【正文】</b></p><p>　　原理：1、表面活性劑分子是由具有親水性的極性基團(tuán)和具有憎水性的非極性基團(tuán)所組成的有機(jī)化合物，當(dāng)它們以低濃度存在于某一體系中時(shí)，可被吸附在該體系的表面上，采取極性基團(tuán)向著水，非極性基團(tuán)脫離水的表面定向，從而使表面自由能明顯降低。在

4、表面活性劑溶液中，當(dāng)溶液濃度增大到一定值時(shí)，表面活性劑離子或分子不但在表面聚集而形成單分子層，而且早溶液本體內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基相互靠攏，聚在一起形成膠束。形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度（critical micelle concentration CMC）。表面活性劑溶液的許多物理化學(xué)性質(zhì)隨著膠團(tuán)的出現(xiàn)而發(fā)生突變，而只有溶液濃度稍高于CMC時(shí)，才能充分發(fā)揮表面活性劑的作用，所以CMC是表面活性劑的一種重要量度。表面活性劑為了使

5、自己成為溶液中的穩(wěn)定分子，有可能采取的兩種途徑：一是把親水基團(tuán)流在水中，親油基伸向油相或空氣；二是讓表面活性劑吸附在界面上，其結(jié)果是降低界面張力，形成定向排列的單分子膜，后者就形成了膠束。由于膠束的親水基方向朝外，與水分子相互吸引，使表面活性劑能穩(wěn)定地溶于水中。隨著表面活性劑在溶液中濃度的增長(zhǎng)，球形膠束還可能轉(zhuǎn)變成棒形膠束，以至層</p><p>　　表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)作為表面活性劑的表面活性的一

6、種量度, 是其溶液性質(zhì)發(fā)生顯著變化的一個(gè)分水嶺。由于表面活性劑的一些理化性質(zhì)在膠束形成前后會(huì)發(fā)生突變, 因而, 可借助此類變化來(lái)表征表面活性劑的CMC。在藥 學(xué)領(lǐng)域中, 表面活性劑的大量研究工作都與各種體系的CMC測(cè)定有關(guān)。常用的CMC測(cè)定方法有表面張力法、光散射法、染料增溶性、電導(dǎo)率法等。但是, 不同理化性質(zhì)對(duì)表面活性劑總濃度 變化的響應(yīng)范圍和靈敏度不同, 導(dǎo)致用不同方法測(cè)得的CMC的值也各有不同。本文介紹CMC測(cè)定技術(shù)的原理及簡(jiǎn)單的

7、操作方法, 提供大量的物理參數(shù)及國(guó)內(nèi)外的最新研究動(dòng)態(tài), 為表面活性劑在藥學(xué)中的應(yīng)用與開發(fā)提供理論支持。</p><p>　　臨界膠束濃度的形成機(jī)制：進(jìn)入水中的表面活性劑分子隨著其碳?xì)滏溨饾u增長(zhǎng),它在水中達(dá)到一定濃度時(shí),溶液表面張力不再下降。為了使整個(gè)溶液體系的能量趨于最低,在溶液內(nèi)部的雙親分子會(huì)自動(dòng)形成極性基向水碳?xì)滏溝騼?nèi)的集合體,這種集合體稱為膠束或膠團(tuán),形成膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度。</p&g

8、t;<p>　　圖 1 表面活性劑的排列情況與濃度關(guān)系</p><p>　　圖一表示表面活性劑的濃度變化時(shí),表面活性劑分子在溶液表面和內(nèi)部的分布情況。在濃度很稀時(shí),若稍增加表面活性劑的濃度, 表面活性劑的一部分很快地聚集在水面,使水和空氣的接觸面減小,從而使表面張力急劇下降,如圖1(a); 增大表面活性劑濃度,達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí),液面上剛剛排滿一層定向排列的單分子膜,如圖 1(b);若再增加濃度,則只能

9、使水溶液中的表面活性分子開始以幾十或幾百個(gè)聚集在一起,排列成憎水基向里,親水基向外的膠束,如圖1(c)。說(shuō)明濃度大于臨界膠 束濃度時(shí),液面上早已形成緊密、定向排列的單分子膜,達(dá)到飽和狀態(tài)。若再增加表面活性劑的濃度,只能增加膠束的個(gè)數(shù)。由于膠束是親水的,不具有表面活性,不能使表面張力進(jìn)一步降低。</p><p>　　圖1表面活性劑的排列情況與濃度關(guān)系在CMC附近,由于膠束形成前后,水中的雙親分子排列情況以及總粒子數(shù)

10、目都發(fā)生了急劇的變化,反映在宏觀上,就會(huì)出現(xiàn)表面活性劑溶液的理化性質(zhì)(如表面張力、溶解度、滲透壓、導(dǎo)電度、密度可溶性、去污、增溶等)發(fā)生躍變。因此,測(cè)定表面活性劑CMC實(shí)質(zhì)就是測(cè)定表面活性劑系統(tǒng)的某一物理量發(fā)生突變時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃度。</p><p>　　圖2表面活性劑溶液的一些性質(zhì)與濃度的關(guān)系</p><p>　　電導(dǎo)法：測(cè)定表面活性劑的電導(dǎo)率來(lái)確定CMC值。它是利用離子型表面活性劑水溶液的

11、電導(dǎo)率隨濃度的變化關(guān)系，作κ- c曲線或Λm-c1/2曲線，由曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)求出CMC值。對(duì)電解質(zhì)溶液，其導(dǎo)電能力由電導(dǎo)G衡量：G = κ（A/L），其中κ是電導(dǎo)率（s·m-1），A/L是電導(dǎo)池常數(shù)（m-1）。在恒溫下，稀的強(qiáng)電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率κ與其摩爾電導(dǎo)率Λm的關(guān)系為：Λm=κ/c，其中Λm的單位為S·m2·mol-1，c的單位為mol·m-3。若溫度恒定，在極稀的濃度范圍內(nèi)，強(qiáng)電解質(zhì)溶液的摩爾

12、電導(dǎo)率Λm與其溶液濃度的c1/2成線性關(guān)系。對(duì)于膠體電解質(zhì)，在稀溶液時(shí)的電導(dǎo)率，摩爾電導(dǎo)率的變化規(guī)律與強(qiáng)電解質(zhì)一樣，但是隨著溶液中膠團(tuán)的生成，電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率發(fā)生明顯變化，這就是確定CMC的依據(jù)。</p><p>　　利用某些染料在水中和在膠束中的顏色有明顯差別的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)時(shí)先在大于CMC的表面活性劑溶液中，加入很少的染料，染料被加溶于膠束中，呈現(xiàn)某種顏色。然后用水滴定稀釋此溶液，直至溶液顏色發(fā)生顯著變化，此時(shí)

13、濃度即為CMC。</p><p>　　儀器與試劑：DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀1臺(tái)（附帶電導(dǎo)電極1支），容量瓶(1000mL) 2只，容量瓶（100ml）10只，燒杯（1000ml）1只，燒杯（800ml）一只，洗耳球2只，玻璃棒1只，恒溫水浴1套，十二烷基硫酸鈉(分析純)，十二烷基三甲基溴化銨（分析純），移液管（25ml）1只，移液管（50ml）1只，乙醇，熒光黃，曙紅，電導(dǎo)水。</p><

14、p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟：</b></p><p><b>　　1、電導(dǎo)法：</b></p><p>　?。?）十二烷基三甲基溴化銨溶液的配置：分別于10個(gè)容量瓶中配制0.008mol/L，0.009mol/L，0.010mol/L，0.012mol/L，0.014mol/L，0.016mol/L的溶液100ml。</p>&

15、lt;p>　?。?）打開水浴開關(guān)，調(diào)節(jié)溫度至25℃。</p><p>　?。?）用電導(dǎo)儀從稀到濃分別測(cè)定上述各溶液的電導(dǎo)率。用后一個(gè)溶液蕩洗前一個(gè)溶液的電導(dǎo)池3次以上，各溶液測(cè)定時(shí)必須恒溫10min，每個(gè)溶液的電導(dǎo)率讀數(shù)3次，取平均值。</p><p>　?。?）試驗(yàn)結(jié)束后清洗儀器和電極。</p><p><b>　　2、比色法：</b>

16、</p><p>　?。?）分別取上述剩余溶液10ml于10只比色管中，在25℃恒溫槽中恒溫10min。</p><p>　?。?）根據(jù)濃度高低依次滴加一滴曙紅溶液，觀察溶液顏色變化；之后每個(gè)比色管滴加10滴乙醇，觀察顏色變化。</p><p>　?。?）把曙紅溶液換成熒光黃溶液，恒溫后按步驟二測(cè)定，觀察顏色。</p><p>　　（4）配置

17、相同濃度的十二烷基硫酸鈉溶液于容量瓶中。</p><p>　?。?）于25℃恒溫后按步驟二、三實(shí)驗(yàn)，觀察顏色變化。</p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，洗凈儀器，放于原處。</p><p><b>　　注意事項(xiàng)</b></p><p>　　1. 電極不使用時(shí)應(yīng)浸泡在蒸餾水中，用時(shí)用濾紙輕輕沾干水分，不可用紙擦拭電極上的

18、鉑黑（以免影響電導(dǎo)池常數(shù)）。</p><p>　　2. 配制溶液時(shí)，由于有泡沫，保證表面活性劑完全溶解，否則影響濃度的準(zhǔn)確性。</p><p>　　3. CMC濃度有一定的范圍。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)記錄與處理</b></p><p><b>　　1、電導(dǎo)法</b></p>

19、<p><b>　　T=25℃</b></p><p>　　溶液電導(dǎo)率K對(duì)濃度C作圖</p><p>　　溶液濃度0.01mol/L時(shí)為CMC</p><p>　　比色法（從左至右依次為1——10號(hào)）</p><p>　　十二烷基三甲基溴化銨加入曙紅</p><p>　　十二烷基三甲基

20、溴化銨加入曙紅后再加入乙醇</p><p>　　十二烷基三甲基溴化銨加入熒光黃溶液</p><p>　　十二烷基三甲基溴化銨加入熒光黃溶液后再加入乙醇</p><p>　　十二烷基硫酸鈉加入曙紅溶液</p><p>　　十二烷基硫酸鈉加入曙紅溶液后加入乙醇</p><p>　　十二烷基硫酸鈉加入熒光黃溶液</p&

21、gt;<p>　　十二烷基硫酸鈉加入熒光黃溶液后加入乙醇</p><p>　　如圖可知，曙紅溶液對(duì)表面活性劑有明顯變化，熒光黃溶液對(duì)其無(wú)變化；且當(dāng)曙紅溶液濃度為0.006mol/L時(shí)，顏色發(fā)生顯著變化。</p><p><b>　　結(jié)果與討論：</b></p><p>　　兩種方法可知比色法結(jié)果更加明顯，電導(dǎo)法測(cè)的結(jié)果雖不如比色法

22、，但也可明顯看出轉(zhuǎn)折位置，而且電導(dǎo)法操作簡(jiǎn)單，只要操作規(guī)范，人為誤差較小。</p><p><b>　　思考題</b></p><p>　　表面活性劑臨界膠束濃度主要有哪些測(cè)定方法？電導(dǎo)法測(cè)定表面活性劑臨界膠束濃度的優(yōu)勢(shì)是什么？</p><p>　　答：測(cè)定表面活性劑臨界膠束濃度常用的方法有表面張力法、電導(dǎo)法、熒光法等。電導(dǎo)法測(cè)定表面活性劑臨界