物化設(shè)計性試驗論文-電導(dǎo)法、比色法測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</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>　?。ㄇ鄭u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和具有憎水性的非極性基團所組成的有機化合物，當它們以低濃度存在于某一體系中時，可被吸附在該體系的表面上，采取極性基團向著水，非極性基團脫離水的表面定向，從而使表面自由能明顯降低。在

4、表面活性劑溶液中，當溶液濃度增大到一定值時，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)隨著膠團的出現(xiàn)而發(fā)生突變，而只有溶液濃度稍高于CMC時，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，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)在膠束形成前后會發(fā)生突變, 因而, 可借助此類變化來表征表面活性劑的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測定有關(guān)。常用的CMC測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)致用不同方法測得的CMC的值也各有不同。本文介紹CMC測定技術(shù)的原理及簡單的

7、操作方法, 提供大量的物理參數(shù)及國內(nèi)外的最新研究動態(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制：進入水中的表面活性劑分子隨著其碳氫鏈逐漸增長,它在水中達到一定濃度時,溶液表面張力不再下降。為了使整個溶液體系的能量趨于最低,在溶液內(nèi)部的雙親分子會自動形成極性基向水碳氫鏈向內(nèi)的集合體,這種集合體稱為膠束或膠團,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,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,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,達到飽和狀態(tài)時,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)。說明濃度大于臨界膠 束濃度時,液面上早已形成緊密、定向排列的單分子膜,達到飽和狀態(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,測定表面活性劑CMC實質(zhì)就是測定表面活性劑系統(tǒng)的某一物理量發(fā)生突變時所對應(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：測定表面活性劑的電導(dǎo)率來確定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)折點求出CMC值。對電解質(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。對于膠體電解質(zhì)，在稀溶液時的電導(dǎo)率，摩爾電導(dǎo)率的變化規(guī)律與強電解質(zhì)一樣，但是隨著溶液中膠團的生成，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)，實驗時先在大于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

13、濃度即為CMC。</p><p>　　儀器與試劑：DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀1臺（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>　　實驗步驟：</b></p><p><b>　　1、電導(dǎo)法：</b></p><p>　　（1）十二烷基三甲基溴化銨溶液的配置：分別于10個容量瓶中配制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)儀從稀到濃分別測定上述各溶液的電導(dǎo)率。用后一個溶液蕩洗前一個溶液的電導(dǎo)池3次以上，各溶液測定時必須恒溫10min，每個溶液的電導(dǎo)率讀數(shù)3次，取平均值。</p><p>　?。?）試驗結(jié)束后清洗儀器和電極。</p><p><b>　　2、比色法：</b>

16、</p><p>　　（1）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，恒溫后按步驟二測定，觀察顏色。</p><p>　?。?）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、三實驗，觀察顏色變化。</p><p>　?。?）實驗結(jié)束后，洗凈儀器，放于原處。</p><p><b>　　注意事項</b></p><p>　　1. 電極不使用時應(yīng)浸泡在蒸餾水中，用時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，由于有泡沫，保證表面活性劑完全溶解，否則影響濃度的準確性。</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對濃度C作圖</p><p>　　溶液濃度0.01mol/L時為CMC</p><p>　　比色法（從左至右依次為1——10號）</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，曙紅溶液對表面活性劑有明顯變化，熒光黃溶液對其無變化；且當曙紅溶液濃度為0.006mol/L時，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定方法？電導(dǎo)法測定表面活性劑臨界膠束濃度的優(yōu)勢是什么？</p><p>　　答：測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)法測定表面活性劑臨界