氟碳表面活性劑及其分析 - 廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

1、,氟碳表面活性劑成分的分析,劇情提要,表面活性劑的基本概念（簡(jiǎn)介）碳氟表面活性劑的性質(zhì),分類和用途（簡(jiǎn)介）氟碳表面活性劑的成份分析,氟碳表面活性劑,能以極低的濃度顯著地降低溶劑的表面張力的一類物質(zhì)稱為表面活性劑。氟碳表面活性劑是特種表面活性劑中最重要的品種，指碳?xì)浔砻婊钚詣┑奶細(xì)滏溨械臍湓尤炕虿糠直环尤〈?，即氟碳鏈代替了碳?xì)滏湥虼吮砻婊钚詣┲械姆菢O性基不僅有疏水性質(zhì)而且獨(dú)具疏油的性能。氟碳表面活性劑分為陰離子、陽(yáng)離子、

2、非離子、兩性氟碳表面活性劑，以及其他類型的氟碳表面活性劑如含硅氟碳表面活性劑、混雜型表面活性劑、長(zhǎng)鏈型表面活性劑和無(wú)親水基氟碳表面活性劑等。氟碳表面活性劑廣泛應(yīng)用于合成洗滌劑、化妝品、食品、橡膠、塑料、油墨等諸多行業(yè)。在感光材料中，主要用作潤(rùn)濕劑、乳化劑、抗靜電劑等。,氟碳表面活性劑的成份分析,定性分析 在鑒定之前應(yīng)去除干擾物，定性方法主要有以下幾種：離子型表面活性劑 （1）電解法：用5%的表面活性劑水溶液，以銅作電

3、極，在45V電壓下電解。如果表面活性劑離子在陽(yáng)極附近沉降而形成粘性層則是陰離子表面活性劑；反之則是陽(yáng)離子表面活性劑。該法耗時(shí)較長(zhǎng)，不常使用。（2）用已知離子性的表面活性劑來(lái)判定：當(dāng)表面活性劑離子遇到帶相反電荷的表面活性劑離子時(shí)，能相互作用而失去親水性而產(chǎn)生沉淀。對(duì)離子型表面活性劑一般用1%的濃度就可以了。,,（3）用電荷相反的染料離子判定：當(dāng)用離子性染料與帶相反電荷的染料離子結(jié)合形成絡(luò)合物，使染料的親水性降低，并產(chǎn)生顏色變化。由于染

4、料離子的顏色于染料離子－表面活性劑絡(luò)合物的顏色明顯不同，由此可判斷是否有絡(luò)合物生成。 2.非離子型表面活性劑 濁點(diǎn)試驗(yàn)：在室溫時(shí)非離子表面活性劑在水中溶解度較大，易與水混溶。當(dāng)溶有一定量非離子表面活性劑溶液的溫度升到一定值后，溶液突然變混濁，剛開始變混濁的溫度稱為濁點(diǎn)。即濁點(diǎn)表示非離子表面活性劑的溶解度隨溫度上升而突然下降的溫度。在濁點(diǎn)時(shí)，非離子表面活性劑在水溶液中析出，分為水在表面活性劑中的溶液和表面活性劑在水中的溶

5、液的兩相共存體系。,,3.兩性表面活性劑 酸性橙II法試驗(yàn)，酸性橙II染料與兩性及陽(yáng)離子表面活性劑能生成1:1的絡(luò)合物，在pH為1～2時(shí)，兩者均可被氯仿萃取出來(lái)。當(dāng)pH在3～5時(shí)只有陽(yáng)離子表面活性劑的絡(luò)合物被萃取出來(lái)。本法可定性區(qū)別兩性或陽(yáng)離子表面活性劑。 4 .儀器鑒定法 如果樣品是單一而且純凈的物質(zhì)，用IR法可以快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的進(jìn)行定性。薄層色譜法（TLC）也被用作定性的有效手段。其它儀器比如核磁共振、元素分析

6、等，也可以用來(lái)對(duì)氟碳表面活性劑進(jìn)行定性。,,定量分析 1.氟碳表面活性劑的化學(xué)分析法 (1) 硝酸釷滴定法：樣品經(jīng)氧瓶或其它法分解后，有機(jī)氟轉(zhuǎn)變?yōu)榉瘹洌谝欢ㄋ岫认?，用硝酸釷標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。 該法終點(diǎn)不夠明顯，對(duì)pH控制要求比較嚴(yán)格，而且干擾物質(zhì)多。因此，近年來(lái)對(duì)有機(jī)氟化物經(jīng)分解轉(zhuǎn)變成無(wú)機(jī)氟離子后多采用氟離子選擇電極法進(jìn)行分析。 (2) 氟離子選擇電極法：用離子選擇性電極進(jìn)行測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)是

7、快速、靈敏、簡(jiǎn)便。由于電極對(duì)待測(cè)離子有選擇性響應(yīng)，因此可避免分離干擾離子的麻煩，對(duì)于不透明溶液和某些粘稠液也可直接測(cè)量。,,2.儀器分析法色譜法是定量分析最常用的工具，是一種分離技術(shù)，試樣混合物的分離過程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過程。其中的一相固定不動(dòng)，稱為固定相；另一相是攜帶試樣混合物流過此固定相的流體（氣體或液體），稱為流動(dòng)相。 當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其與固定相發(fā)生相互

8、作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測(cè)方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測(cè)。,,高效液相色譜（HPLC）在碳?xì)浔砻婊钚詣┓治龇矫嬉呀?jīng)相當(dāng)成熟，比如已經(jīng)成功分析的陰離子有：烷基硫酸鈉、ABS按烷基碳數(shù)分布分離、萘磺酸甲醛縮合物、N-酸化肌氨（谷）酸鹽；

9、陽(yáng)離子有：烷基芐基二甲基銨鹽和烷基吡啶鹽、烷基芐基銨鹽、烷基聚氧乙烯胺；兩性表面活性劑有：2-羥基－3-磺基丙基二甲基銨和磺基丙基二甲基烷基銨；非離子表面活性劑有：甘油酯、脂肪酸失水山梨醇酯、脂肪酸醇酸胺、烷基酚聚乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪酸聚氧乙烯酯等。凝膠滲透色譜（GPC）主要分析非離子活性劑，如分離EO加合型非離子活性劑的EO加合摩爾數(shù)，分離聚乙二醇、多元醇脂肪酸酯型乳化劑等。 雖然色譜法在測(cè)定表面

10、活性劑含量方面有巨大的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)成千上萬(wàn)種特別是氟碳表面活性劑而言，還有很多種分析方法有待開發(fā)。相反，化學(xué)分析法雖然麻煩，但通用性強(qiáng)，目前仍然是不可替代的分析手段。,,3. 結(jié)構(gòu)分析 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之前，需要從試樣中分離出活性劑成分，然后用前述方法進(jìn)行離子類型的定性，再上機(jī)用IR、NMR測(cè)定出譜圖，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照，一般可以確定出表面活性劑是陰離子、陽(yáng)離子或非離子活性劑。兩性活性劑的標(biāo)準(zhǔn)譜圖相對(duì)較少。紫外－可見光 只能對(duì)

11、含有不飽和雙鍵、帶芳香烴等發(fā)色團(tuán)的物質(zhì)進(jìn)行鑒定。而不能鑒定飽和物質(zhì)，因?yàn)轱柡蛦捂I不吸收紫外區(qū)射線，也不能鑒別結(jié)果相似的同分異構(gòu)體物質(zhì)。紅外光譜 紅外光譜法簡(jiǎn)便、迅速，是活性劑結(jié)果解析最有用的手段，應(yīng)用很廣。如果樣品的純度足夠，得到的紅外譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照后，可以得到相當(dāng)精確的結(jié)果。,,核磁共振核磁共振（NMR）譜，特別是包括1H、19F、13C的核磁共振譜，是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析中極為重要的手段。經(jīng)過紅外光譜和元素分析確定化合物

12、的分子式和主要官能團(tuán)之后，再由NMR就可以進(jìn)一步確定分子的結(jié)構(gòu)。在氟碳表面活性劑分析方面，NMR可以做以下工作： （1）測(cè)定與氫原子關(guān)系密切的烷基鏈長(zhǎng)度（即碳原子數(shù)） （2）確定烷基鏈?zhǔn)欠裰Щ蛑Щ潭取?（3）確定孤立雙鏈數(shù)及其位置。 （4）測(cè)定某些表面活性劑親水基的位置。 （5）對(duì)聚氧乙烯型化合物能夠快速有效地測(cè)定環(huán)氧乙烷（EO）平均加成摩爾數(shù)。 （6）測(cè)出芳核信號(hào)，確定苯環(huán)上的取代情況。 （7）測(cè)定非離

13、子表面活性劑的HLB值。 （8）分析表面活性劑化合物比例。如果兩個(gè)成分的主要信號(hào)不重疊，那么無(wú)須分離就可測(cè)出化合物祖父的含量比例。,,總結(jié) 成份分析 對(duì)一個(gè)未知的氟碳表面活性劑，首先要確定它的離子類型，可以先用化學(xué)方法，再用紅外或核磁共振進(jìn)行確認(rèn)。然后測(cè)定其活性成份，如果必要，還可以用化學(xué)法測(cè)定它的氟含量，但操作麻煩，用色譜測(cè)定其主含量，但需要標(biāo)準(zhǔn)樣品和建立合適的分離方法。,,謝謝收看