物化设计性试验论文.docx

1、物化设计性试验论文物化设计性试验论文 表临 面界 活胶测 性束 剂浓定 溶度 液的（青岛科技大学 化学与分子工程学院 应用化学 143 陈宇）【摘要】电导法、比色法测定表面活性剂溶液临界胶束浓度【关键词】电导法，比色法，表面活性剂，临界胶束浓度，十二烷基硫酸钠（SDS），十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）【正文】原理：1、表面活性剂分子是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团所组成的有机化合物，当它们以低浓度存在于某一体系中时，可被吸附在该体系的表面上，采取极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面定向，从而使表面自由能明显降低。在表面活性剂溶液中，当溶液浓度增大到一定值时，表面活性剂离子或

2、分子不但在表面聚集而形成单分子层，而且早溶液本体内部也三三两两的以憎水基相互靠拢，聚在一起形成胶束。形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度（critical micelleconcentration CMC）。表面活性剂溶液的许多物理化学性质随着胶团的出现而发生突变，而只有溶液浓度稍高于 CMC 时，才能充分发挥表面活性剂的作用，所以CMC 是表面活性剂的一种重要量度。表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取的两种途径：一是把亲水基团流在水中，亲油基伸向油相或空气；二是让表面活性剂吸附在界面上，其结果是降低界面张力，形成定向排列的单分子膜，后者就形成了胶束。由于胶束的亲水基方向朝外，与

3、水分子相互吸引，使表面活性剂能稳定地溶于水中。随着表面活性剂在溶液中浓度的增长，球形胶束还可能转变成棒形胶束，以至层状胶束，后者可用来制作液晶，它具有各向异性的性质。原则上，表面活性剂随浓度变化的物理化学性质都可以用于测定 CMC，常用的方法有表面张力法、电导法、比色法等。表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)作为表面活性剂的表面活性的一种量度,是其溶液性质发生显著变化的一个分水岭。由于表面活性剂的一些理化性质在胶束形成前后会发生突变,因而,可借助此类变化来表征表面活性剂的 CMC。在药 学领域中,表面活性剂的大量研究工作都与各种体系的 CMC 测定有关。常用的 CMC测定方法有表面张力法、光散射

4、法、染料增溶性、电导率法等。但是,不同理化性质对表面活性剂总浓度 变化的响应范围和灵敏度不同,导致用不同方法测得的 CMC 的值也各有不同。本文介绍 CMC 测定技术的原理及简单的操作方法,提供大量的物理参数及国内外的最新研究动态,为表面活性剂在药学中的应用与开发提供理论支持。临界胶束浓度的形成机制：进入水中的表面活性剂分子随着其碳氢链逐渐增长,它在水中达到一定浓度时,溶液表面张力不再下降。为了使整个溶液体系的能量趋于最低,在溶液内部的双亲分子会自动形成极性基向水碳氢链向内的集合体,这种集合体称为胶束或胶团,形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度。图 1 表面活性剂的排列情况与浓度关系 图一表

5、示表面活性剂的浓度变化时,表面活性剂分子在溶液表面和内部的分布情况。在浓度很稀时,若稍增加表面活性剂的浓度,表面活性剂的一部分很快地聚集在水面,使水和空气的接触面减小,从而使表面张力急剧下降,如图 1(a);增大表面活性剂浓度,达到饱和状态时,液面上刚刚排满一层定向排列的单分子膜,如图 1(b);若再增加浓度,则只能使水溶液中的表面活性分子开始以几十或几百个聚集在一起,排列成憎水基向里,亲水基向外的胶束,如图 1(c)。说明浓度大于临界胶 束浓度时,液面上早已形成紧密、定向排列的单分子膜,达到饱和状态。若再增加表面活性剂的浓度,只能增加胶束的个数。由于胶束是亲水的,不具有表面活性,不能使表面张

6、力进一步降低。图 1表面活性剂的排列情况与浓度关系在 CMC 附近,由于胶束形成前后,水中的双亲分子排列情况以及总粒子数目都发生了急剧的变化,反映在宏观上,就会出现表面活性剂溶液的理化性质(如表面张力、溶解度、渗透压、导电度、密度可溶性、去污、增溶等)发生跃变。因此,测定表面活性剂 CMC 实质就是测定表面活性剂系统的某一物理量发生突变时所对应的浓度。图 2表面活性剂溶液的一些性质与浓度的关系 2、电导法：测定表面活性剂的电导率来确定 CMC 值。它是利用离子型表面活性剂水溶液的电导率随浓度的变化关系，作-c 曲线或 m-c1/2 曲线，由曲线的转折点求出 CMC 值。对电解质溶液，其导电能力

7、由电导 G衡量：G=（A/L），其中 是电导率（s m-1），A/L是电导池常数（m-1）。在恒温下，稀的强电解质溶液的电导率 与其摩尔电导率 m 的关系为：m=/c，其中 m 的单位为 S m2 mol-1，c的单位为mol m-3。若温度恒定，在极稀的浓度范围内，强电解质溶液的摩尔电导率 m 与其溶液浓度的 c1/2成线性关系。对于胶体电解质，在稀溶液时的电导率，摩尔电导率的变化规律与强电解质一样，但是随着溶液中胶团的生成，电导率和摩尔电导率发生明显变化，这就是确定CMC 的依据。3、利用某些染料在水中和在胶束中的颜色有明显差别的性质，实验时先在大于CMC 的表面活性剂溶液中，加入很少的染

8、料，染料被加溶于胶束中，呈现某种颜色。然后用水滴定稀释此溶液，直至溶液颜色发生显著变化，此时浓度即为 CMC。仪器与试剂：DDSJ-308A型电导率仪 1台（附带电导电极 1支），容量瓶(1000mL)2只，容量瓶（100ml）10只，烧杯（1000ml）1只，烧杯（800ml）一只，洗耳球 2只，玻璃棒 1 只，恒温水浴 1 套，十二烷基硫酸钠(分析纯)，十二烷基三甲基溴化铵（分析纯），移液管（25ml）1只，移液管（50ml）1 只，乙醇，荧光黄，曙红，电导水。实验步骤：1、电导法：（1）十二烷基三甲基溴化铵溶液的配置：分别于 10 个容量瓶中配制0.008mol/L，0.009mol/L

9、，0.010mol/L，0.012mol/L，0.014mol/L，0.016mol/L的溶液100ml。（2）打开水浴开关，调节温度至 25。（3）用电导仪从稀到浓分别测定上述各溶液的电导率。用后一个溶液荡洗前一个溶液的电导池 3次以上，各溶液测定时必须恒温 10min，每个溶液的电导率读数 3次，取平均值。（4）试验结束后清洗仪器和电极。2、比色法：（1）分别取上述剩余溶液 10ml 于 10只比色管中，在 25恒温槽中恒温 10min。（2）根据浓度高低依次滴加一滴曙红溶液，观察溶液颜色变化；之后每个比色管滴加 10滴乙醇，观察颜色变化。（3）把曙红溶液换成荧光黄溶液，恒温后按步骤二测定

10、，观察颜色。（4）配置相同浓度的十二烷基硫酸钠溶液于容量瓶中。（5）于 25恒温后按步骤二、三实验，观察颜色变化。（6）实验结束后，洗净仪器，放于原处。注意事项 1.电极不使用时应浸泡在蒸馏水中，用时用滤纸轻轻沾干水分，不可用纸擦拭电极上的铂黑（以免影响电导池常数）。2.配制溶液时，由于有泡沫，保证表面活性剂完全溶解，否则影响浓度的准确性。3.CMC 浓度有一定的范围。数据记录与处理 1、电导法 T=25 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 浓度c(mol/mL)0.002 0.004 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.012 0.014 0.018

11、电导率k 0.208 0.347 0.476 0.553 0.603 0.661 0.715 0.823 0.918 0.991 0.209 o.347 0.479 0.555 0.602 0.660 0.715 0,825 0.918 0.991 0.208 0.347 0.479 0.556 0.603 0.660 0.714 0.825 0.918 0.990 K平均 0.208 0.347 0.478 0.555 0.603 0.660 0.715 0.824 0.918 0.991 溶液电导率 K对浓度 C 作图 溶液浓度 0.01mol/L时为 CMC 2、比色法（从左至右依次为

12、110号）十二烷基三甲基溴化铵加入曙红 十二烷基三甲基溴化铵加入曙红后再加入乙醇 十二烷基三甲基溴化铵加入荧光黄溶液 十二烷基三甲基溴化铵加入荧光黄溶液后再加入乙醇 十二烷基硫酸钠加入曙红溶液 十二烷基硫酸钠加入曙红溶液后加入乙醇 十二烷基硫酸钠加入荧光黄溶液 十二烷基硫酸钠加入荧光黄溶液后加入乙醇 如图可知，曙红溶液对表面活性剂有明显变化，荧光黄溶液对其无变化；且当曙红溶液浓度为 0.006mol/L时，颜色发生显著变化。结果与讨论：两种方法可知比色法结果更加明显，电导法测的结果虽不如比色法，但也可明显看出转折位置，而且电导法操作简单，只要操作规范，人为误差较小。思考题 表面活性剂临界胶束浓度主要有哪些测定方法？电导法测定表面活性剂临界胶束浓度的优势是什么？答：测定表面活性剂临界胶束浓度常用的方法有表面张力法、电导法、荧光法等。电导法测定表面活性剂临界胶束浓度的优势是利用-c曲线拐点确定 cmc，测量结果相对准确，但只能用来测量离子型表面活性剂的临界胶束浓度，对于非离子型表面活性剂，此法不适用