红外光谱表面活性剂的分析与测试

红外光谱表面活性剂的分析与测试

表面活性剂具有降低表面张力及在溶液中定向吸附并形成胶束的特性，由此表面活性剂具有湿润、乳化、分散、起泡、消泡、增溶、絮凝、杀菌、去污等一系列作用和功能。这些功能已在洗涤剂生产、纺织、造纸、皮革加工、金属加工、石油工业、农药制剂生产等诸多工业领域得以应用并发挥重要作用。

各种用途的工业表面活性剂产品通常是用几种不同性能的表面活性剂、无机物、水或有机溶剂等复配而成。一般需要用物理、化学和色谱方法对混合物进行分析、分离和精制，再利用红外、紫外、核磁、质谱和色谱等仪器进行未知物的定性分析、定量分析及组成与结构测试。

一、表面活性剂的理化性能测试

浊点是非离子表面活性剂亲水性与温度关系的重要指标，与应用需求密切相关，多采用一定浓度的水溶液升温法。分散力测试方法有分散指数法、酸量滴定法、比浊法等。润湿力的测定方法通常用帆布沉降法、纱布沉降法、纱线沉降法和接触角法等。静表面张力测定有滴重法、吊环法、平板法、悬滴法和最大泡压法。

形成胶束所需表面活性剂的最低浓度称为临界胶束浓度（cmc），表面活性剂的水溶液只有其浓度略高于其CMC值时它的作用才能充分显示，测定方法有表面张力、染料、电导率法等。

表面活性剂在水溶液中形成胶束以后，能使不溶解或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增大的能力，形成真溶液体系。增溶实验是将一定量的表面活性剂将苯或其它所需考察的有机物增溶在水中，当体系中有机溶剂含量超过表面活性剂的增溶极限时，体系浑浊，由此测定其增溶能力。

表面活性剂的泡沫性能包括它的起泡性和稳泡性两个方面，均随其浓度上升而增强（直至极限值），测定方法是测定表面活性剂在一定浓度、一定温度、一定高度自由流下的一定硬度的水溶液所产生的泡沫高度/量，及此泡沫在一定时间后的泡沫高度/量。

乳化力的测定因不同的乳化对象及不同的乳化环境表面活性剂呈现出不同的乳化力，视具体情况而定，无统一的方法。相转变温度（PIT）是测定乳液相转变的温度，是衡量乳液稳定性的重要指标。

表面活性剂分子的亲水亲油平衡值HLB一般可根据其分析值或按其结构进行计算而得，实际工作中以乳化实验为主。

二、表面活性剂的化学分析法

首先将某一表面活性剂的元素定性分析与离子类型鉴定相结合对此表面活性剂官能团进行定性分析。如为阴离子型表面活性剂常常含硫、氮、磷中的任一种或两种元素，一般还含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Ba2+等金属元素，还需要考虑其反离子为NH4+和烷醇胺的可能性；但金属离子也可能是属于无机副产物或添加物。如为阳离子型表面活性剂元素定性应含氮、卤素，无金属离子。非离子表面活性剂多不含S、P，某些如烷醇酰胺、脂肪胺醚等含N元素。两性表面活性剂基本都含N元素，少数的S、N共存（磺化甜菜碱），或N、P共现（卵磷脂）。氨基酸盐含有K+、Na+等金属离子。如果有氟元素明显被检出时，可以肯定是含氟表面活性剂。有显著硅检出时，需考虑有机硅类表面活性剂和硅酸盐添加物的存在的可能。

确定表面活性剂的离子类型后可进一步对其定量分析。阴离子表面活性剂定量分析法原理是阴离子表面活性剂和以知阳离子表面活性剂定量络合反应的方法。维茨波恩的亚甲基蓝分相滴定法和亚甲基蓝光电比色法被日本工业标准JISK3362-1976所采用。国际表面活性剂委员会（CID）和分析小组（CIA）推荐的国际标准ISO法是以阴离子表面活性剂海明1622为滴定剂，以阳离子染料/阴离子染料（溴化二氨基菲啶/二硫化蓝）作混合指示剂，此法比亚甲基蓝法变色明显，重现性好。阳离子表面活性剂定量分析法有I SO287-1973亚甲基蓝法、溴甲酚氯法、四苯硼化钠法等。对于非离子表面活性剂的混合物可先柱层析分离出相对单一的非离子表面活性剂，然后定性定量。多元醇脂肪酸脂可水解测定其羟值、皂化值、酸值；聚氧乙烯型表面活性剂亦可测其浊点、羟值，进而依靠仪器分析确定其起始剂和EO加成数。两性表面活性剂可用磷钨酸法、铁氰化钾法等定量。

三、利用现代仪器分析对表面活性剂进行定性、定量及组成和结构的测试

红外光谱（IR）是鉴别化合物及确定物质分子结构常用的手段之一，主要用于有机物和无机物的定性定量分析。红外光谱属于分子吸收光谱，是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行测定的。

其测定方法简便、快速、且所需样品量少，样品一般可直接测定。在表面活性剂分析领域中，红外光谱主要用于定性分析，根据化合物的特征吸收可以知道含有的官能团，进而帮助确定有关化合物的类型。对于单一的表面活性剂的红外分析，可对照标准谱图（Dieter Hummel谱图，Sadtler谱图），对其整体结构进行定性。近代傅立叶变换红外技术的发展，红外可与气相色谱、高效液相连机使用，更有利于样品的分离与定性。

图1 月桂醇聚氧乙烯醚-9（AEO-9）的红外光谱

图2壬基酚聚氧乙烯醚-10（NP-10）的红外光谱