胶束对酸碱指示剂离解平衡和变色点及变色范围的影响

胶束对酸碱指示剂离解平衡和变色点及变色范围的影响
刘　凡　刘　静　张元勤3　李晓燕
(乐山师范学院化学系,乐山614004)
摘　要　探讨了十六烷基三甲基溴化铵(CT M AB )、十二烷基硫酸钠(S DS )和T riton X 21003种胶束对酸碱
指示剂百里香酚蓝和溴百里香酚蓝离解反应的离解常数的影响,进而研究了以上3种胶束对指示剂变
色点和变色范围的影响,实验结果表明,选择适当的胶束溶液作为滴定介质,不仅可以扩大酸碱指示剂
的应用范围,而且还大大提高了测量的准确度。

关键词　胶束,酸碱指示剂,离解常数,变色点,变色范围
　2000201230收稿;2000207212接受。

本文系四川省教委青年教师科研基金资助课题。

1　引 言
由表面活性剂形成的胶束溶液广泛应用于分析化学的实际测试中〔1,2〕,酸碱指示剂作为分析化学
中一类重要的指示剂,研究介质条件对其变色点和变色范围的影响对于提高滴定的准确度以及扩大指示剂的应用范围有重要的意义。

到目前为止,未见有关胶束对酸碱指示剂变色点和变色范围影响的研究报道,本文研究了CT M AB 、S DS 和Triton X 21003种胶束对酸碱指示剂百里香酚蓝和溴百里香酚蓝的离解常数、变色点和变色范围的影响,实验结果表明,CT M AB 胶束使百里香酚蓝和溴百里香酚蓝的离解常数增大,而S DS 和Triton X 2100胶束却使其离解常数减小,3种胶束均使指示剂的变色范围减小,从而提高了滴定的灵敏度,减小了测量误差。

2　实验部分
2.1　主要仪器与试剂
UV 2530型紫外2可见分光光度计(日本JASC O 公司)。

CT M AB 、S DS 和Triton X 2100(Sigma 公司),其余试剂均为分析纯。

2.2　指示剂变色点和变色范围的测定
根据国家标准G B604277〔3〕,在25m L 比色管中加入不同pH 值的缓冲溶液9m L 、1m L 表面活性剂和
0.5m L 指示剂,摇匀,比色,测定指示剂的变色点和变色范围。

3　结果与讨论
3.1　表面活性剂对酸碱指示剂的表观离解常数的影响
3.1.1　酸碱指示剂表观离解常数的计算　酸碱指示剂的离解平衡反应为:
HIn =In -+H +(1)
根据式(1)和Lamber 2Beer 定律可导出胶束溶液中酸碱指示剂表观离解常数的计算公式为:K a =βH +]A In -/(C 0-βA In -)
(2)式中A In -为In -的吸光度;C 0为指示剂总浓度;β为常数,可由指示剂在纯水溶液中的平衡常数和吸光度获得,本文所在实验条件下百里香酚蓝和溴百里香酚蓝的β值分别为1.3203×10-5m ol/L 和2.7375×10-5m ol/L 。

3.1.2　酸碱指示剂表观离解常数与表面活性剂浓度的关系　根据不同表面活性剂浓度下所计算出的酸碱指示剂表观离解常数对表面活性剂浓度作图,如图1～3所示。

由图1～3可见,CT M AB 与S DS 和Triton X 2100对百里香酚蓝和溴百里香酚蓝的表观离解平衡常数的影响有所不同,对CT M AB 表面活性第29卷2001年1月 分析化学(FE NXI H UAX UE )　研究简报Chinese Journal of Analytical Chemistry 第1期57～59
　图1　25℃时CT M AB 对百里香酚蓝和溴百里香酚蓝离解常数的影响
　Fig.1　In fluences of cetyltrimethylamm onium bromide (CT M AB )on the diss ociation constants of thylm ol blue and thym ol blue bromide at 25℃　百里香酚蓝(thym ol blue ),溴百里香酚蓝(thym ol blue bromide ),酸度依序为pH =8.8(Na 2B 4O 72HCl ),6.8(K H 2PO 42NaOH )(respectively )。

剂而言,百里香酚蓝和溴百里香酚蓝的表观离解平
衡常数K a 先随CT M AB 浓度的增大而增大,当
CT M AB 浓度增大到一定值后,K a 达最大值,CT M AB
浓度进一步增大时,K a 逐渐减小,这可能是由以下
因素所致:CT M AB 浓度开始增大时,In -在CT M AB
胶束中的浓度逐渐增大,离解平衡(1)不断向右移
动,溶液中In -的浓度随之增大,必然使K a 值增大,
当CT AM B 的浓度增大至一定值时,In -在CT AM B 胶
束中的吸附达到饱和,CT AM B 浓度进一步增大时只
能起到稀释的作用,从而使表观离解常数反而减小。

对S DS 和Triton X 2100而言,百里香酚蓝和溴百里香
酚蓝的离解常数随浓度的增大而迅速减小,当它们的浓度增大到一定值后,K a 的变化变得平缓,并趋于一定值,这可能是因为随着S DS 和Triton X 2100浓
度的增加,HIn 和In -在胶束中的浓度逐渐增大,当
S DS 和Triton X 2100浓度增大到一定值时,HIn 和In -
在胶束中的吸附达到饱和的结果。

3.2　表面活性剂对酸碱指示剂变色点及变色范围
的影响表1列出了CT M AB 、S DS 和Triton X 21003种表面活性剂胶束对百里香酚蓝和溴百里香酚蓝的变色点和变色范围的影响。

由表1可见,在这3种表面活性剂胶束溶液中,百里香酚蓝和溴百里香酚蓝的变色范围较纯水溶剂中有不同程度的减小,因而在表面活性剂胶束溶液中进行酸碱滴定,其滴定的准确度将会提高,特别是为弱酸碱的滴定提供了一种理想的滴定环境,由表1还可见,CT M AB 使指示剂的变色点减小,而S DS 和Triton X 2100却使指示剂的变色点增大,因此我们通过加入不同的表面活性剂来控制指示剂的变色点,从而满足较佳的滴定条件,减小滴定误差。

作为特例,表2列出了在纯水溶剂和1×10-3m ol/L CT M AB 溶液中NaOH 分别滴定HCl 和H Ac 及HCl 滴定NaOH 的滴定误差。

由表2可见,在CT M AB 胶束溶液中进行酸碱滴定的误差较在纯水溶剂中滴定的误差小得多。

表1　表面活性剂对酸碱指示剂变色点及变色范围的影响
T able 1　In fluences of surfactants on the color 2changing points and color 2changing ranges of acid 2base indicators at 25℃
酸碱指示剂
Acid 2base indicator 百里香酚蓝Thym ol blue 溴百里香酚蓝Thym ol blue bromide
水溶液W ater s olution
黄(yellow )8.00～9.60蓝(blue )黄(yellow ) 6.00～7.60蓝(blue )CT M AB (10-3m ol/L )
黄(yellow )7.80～8.60蓝(blue )黄(yellow )5.60～7.00蓝(blue )S DS (10-2m ol/L )
黄(yellow )9.00～9.60蓝(blue )黄(yellow )6.80～8.00蓝(blue )T riton X 2100(1.5×10-5m ol/L )黄(yellow )9.20～10.40蓝(blue )黄(yellow )7.80～8.80蓝(blue )
表2　在纯水溶剂和CT M AB 胶束溶液中酸碱滴定的误差计算
T able 2　T itration errors in pure water s olvent and CT M AB micellar s olution
滴定反应
Reactions
酸碱指示剂Asid 2base indicators 滴定终点T itration end 2point TE (%)NaOH →HCl 百里香酚蓝Thym ol blue pH =9.6
0.08百里香酚蓝(Thym ol blue )+CT M AB pH =8.6
0.008HCl →NaOH 百里香酚蓝Thym ol blue pH =8.0
0.002百里香酚蓝(Thym ol blue )+CT M AB pH =7.8
0.001NaOH →H Ac
百里香酚蓝Thym ol blue pH =9.6
0.078百里香酚蓝(Thym ol blue )+CT M AB pH =8.60.005985 分析化学第29卷
　图2　25℃时S DS 对百里香酚蓝和溴百里香酚蓝离解
常数的影响
　Fig.2　In fluences of s odium dodecyl sulfate (S DS )on the
diss ociation constants of thylm ol blue and thym ol blue bromide at
25℃　百里香酚蓝(thym ol blue ),溴百里香酚蓝(thym ol blue gromide ),
依序为:n =9,8(respectively ):pH =8.8(Na 2B 4O 72HCl ),6.8
(K H 2PO 42NaOH ),(respectively )。

　图3　25℃时T riton X 2100对百里香酚蓝和溴百里香酚蓝离解常数的影响　Fig.3　In fluences of T riton X 2100sulfactant on the diss ociation constants of thylm ol blue and thym ol blue bromide at 25℃
　百里香酚蓝(thym ol blue ),溴百里香酚蓝(thym ol blue gromide ),依序为:n =10,8(respectively )pH =8.8(Na 2B 4O 72HCl ),6.8
(K H 2PO 42NaOH ),(respectively )。

4　结 论
表面活性剂对酸碱指示剂的离解平衡常数有较大影响,从而使指示剂的变色点和变色范围发生变化,加入表面活性剂使指示剂的变色范围减小,提高了滴定的准确度,扩大了指示剂的应用范围。

R eferences
1　Bai X iaohong (白小红),Wei Y ansheng (魏雁声),Liu Changs ong (刘长松).Chinese J.Anal.Chem.(分析化学),1999,27
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2　Liu Shuren (刘树仁),Xu X ingling (徐兴玲).Chinese J.Anal.Chem.(分析化学),1996,24(1):94～96
3　Assembly o f National Standard o f China (中国国家标准汇编)(4).1997:401～407
The E ffect of Surfactant Micelles on the Dissociation Constants
and the Colour 2changing Points and R anges of Acid 2base I ndicators
Liu Fan ,Liu Jing ,Zhang Y uanqin 3,Li X iaoyan
(Leshan Teacher s College ,Leshan 614004)
Abstact The effect of cetyltrimethylamm onium bromide (CT M AB ),s odium dodecyl sulfate (S DS )and poly (oxyethylene )(9.5)p 2(1,1,3,32tetramethyl )(Triton X 2100)on the diss ociation constants of thym ol blue and thym ol blue bromide ,and the color 2changing point and color 2changing range were studied.The experimental results indicated that the application range of acid 2base indicators became wider and the titration accuracy was increased when an appropriate surfactant micellar s olution was chosen as a titration medium.
K eyw ords Micelles ,acid 2base indicators ,diss ociation constants ,color 2changing points ,color 2changing ranges
(Received 30January 2000;accepted 12July 2000)95第1期刘　凡等:胶束对酸碱指示剂离解平衡和变色点及变色范围的影响 。