测定十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂的临界胶束浓度

测定十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂的临界胶束浓度

应化115班陈长利

摘要：凡能显著改变表面（或界面）性质的物质都称为表面活性剂。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，是表面活性溶液性质的重要表征之一。表面活性剂的一些理化性质，如表面张力, 摩尔电导率, 渗透压、浊度、光学性质等在临界胶束浓度时都有显著的变化,所以通过测定发生这些显著变化时的转变点,就可以得知。本文采用电导率法、紫外分光光度法测定CMC，并研究温度对CMC的影响关键词：十六烷基三甲基溴化铵；CMC；电导率法；温度；紫外分光光度法；荧光黄

一、实验目的

1.了解表面活性剂临界胶束浓度（CMC）的定义及常用测定方法。

2.用电导法及紫外可见分光光度法测定表面活性剂的CMC。

4.分析添加剂对CMC的影响。

二．实验原理

1、凡能显著改变表面（或界面）性质的物质都称为表面活性剂。表面活性剂分子都是由极性部分和非极性部分组成的，分子既含有亲油的足够长的（大于10个碳原子）烷基，又含有亲水的极性基团。

2、若按离子的类型分类，可分为三大类:①阴离子型表面活性剂，如羧酸盐(肥皂)，烷基硫酸盐(十二烷基硫酸钠)，烷基磺酸盐(十二烷基苯磺酸钠)等；②阳离子型表面活性剂，主要是胺盐，如十二烷基二甲基叔胺和十二烷基二甲基氯化胺；③非离子型表面活性剂，如聚氧乙烯类。

2、表面活性剂进入水中，在低浓度时呈分子状态，并且三三两两地把亲油基团靠拢而分散在水中。当溶液浓度加大到一定程度时，许多表面活性物质的分子立刻结合成很大的集团，形成”胶束”。以胶束形式存在于水中的表面活性物质是比较稳定的。表面活性物质在水中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度CMC。CMC可看作是表面活性对溶液的表面活性的一种量度。因为CMC越小，则表示此种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，达到表面饱和吸附的浓度越低。也就是说只要很少的表面活性剂就可起到润湿、乳化、加溶、起泡等作用。

3、在CMC点上，由于溶液的结构改变导致其物理及化学性质(如表面张力，电导，渗透压，浊度，光学性质等)同浓度的关系曲线出现明显的转折，因此，通过测定溶液的某些物理性质的变化，可以测定CMC。测定溶液临界胶束浓度的方法有多种，如表面张力法、光散射法、比色法、浊度法、电导率法等，本实验采用电导率法、紫外分光光度法（用荧光黄染料作为添加剂）。

4、CMC影响因素：CMC是表面活性剂表面活性大小的重要参数一般主要受分子结构亲水基和疏水基的大小与性质添加物和温度的影响。在表面活性剂分子中疏水基增大或疏水性增强CMC减小亲水基亲水性增强CMC增大离子型比非离子型表面活性剂的CMC大得多。中性无机盐的加入降低离子型表面活性剂的CMC而对非离子型的影响不大。温度升高对离子型和非离子型表面活性剂的CMC的影响有相反的规律前者CMC升高后者减小。此外实验方法也会对CMC产生影响。

5、电导法：

电导是表征物质导电能力的物理量，通常用G表示，其数值为电阻的倒数。

G=1/R

电导的国际单位为西门子，用S表示。

电导率（以κ表示）表示单位长度、单位面积的导体所具的电导。对电解质溶液而言，

其电导率表示距离为单位距离的两极板间含有单位体积的电解质溶液时的电导。电导率的国际单位为S/m 。

电导法是利用表面活性剂水溶液电导率随浓度的变化关系，从电导率（к ）对浓度（c）曲线上表现为CMC 前后直线斜率的变化,两条不同斜率的直线的交点所对应的浓度即CMC。

6、紫外分光光度法：

（1）、紫外可见分光光度计的构造

分光光度计按波长范围分类，波长在420～700nm范围的称可见分光光度计。波长在200～1000nm范围的称紫外可见分光光度计。紫外可见分光光度计是目前厂矿及学校应用比较广泛的分光光度计。分光光度计基本构造相似，是由图3所示的几个主要部件构成。

光源单色器吸收池检测器测量系统

图1 紫外分光光度计流程图

（2）、紫外吸收分光光谱也是确定表面活性剂CMC值得一种简单、准确的有效方法，可测定多种表面活性剂，特别是混合表面活性剂体系的CMC值。用紫外吸收分光光谱法测定CMC时，测定的实验数据会发生不同于其他浓度的变化，此时的浓度便是该溶液在此实验条件下的CMC。

三．仪器与试剂

1.电导法

仪器：电导率仪一台（DDS-11A型电导率仪）DJS-1型镀铂黑电极1支；恒温电导池1个（如图2所示）；恒温槽一个（SYC-15B超级恒温水浴槽，南京桑力电子设备厂）；电子天平一台； 1000ml烧杯1个； 100ml容量瓶10支；1L容量瓶一支； 10ml移液管各1个；25ml 移液管各1个。

药品：十六烷基三甲基溴化铵（分析纯），蒸馏水。

2.紫外分光光度法

仪器：紫外分光光度计，分析天平1台（公用），容量瓶(100mL) 12个，容量瓶(1000mL)1个，干燥洁净的烧杯1个，石英比色皿12个，玻璃棒1根，10ml、25ml移液管各1只，洗瓶1个，洗耳球1个，超声波仪（公用）。

试剂：十六烷基三甲基溴化铵(分析纯)，荧光黄，蒸馏水。

四．实验步骤

1、配制母液（浓度为0.003 mol•L– 1）

准确称取十六烷基三甲基溴化铵1.0934g，在150ml小烧杯中加入20ml蒸馏水超声溶解，转入1L容量瓶中，再用少许蒸馏水洗涤烧杯三次，洗涤液也转入容量瓶中。在超声波仪中，再加蒸馏水至刻度，摇匀（注意要尽可能的避免气泡出现）。

2、电导法测定(25ºC和45ºC时)不同浓度表面活性剂的电导率

（1）调节超级恒温槽温度为26℃（管路中有热量流失，所以超级恒温槽的温度要稍调

高一些）。

（2）、打开电导率仪的电源开关，将“量程选择”旋钮扳到最大测量挡，将“校正--测量”开关扳到“校正”位置，将“温度补偿”旋钮调到“25℃”。调节“常数校正”旋钮至1.013.

（3）、用移液管准确加入10mL已恒温的十六烷基三甲基溴化铵溶液于100ml容量瓶中，然后加入蒸馏水至刻度线,配制成3×10 - 4 mol•L – 1。倒入电导池部分溶液静置三分钟，插入电导率仪电极，将“校正--测量”开关扳到测量的位置，调节“量程选择”旋钮，根据仪器显示数字的有效位数确定适当量程，此时，仪器所显示的数值即为该溶液的电导率。

（4）、采用同样的方法，依次加入已恒温的十六烷基三甲基溴化铵溶液13.3ml、16.7ml、20ml、23.3ml、26.7ml 、28.3ml、30ml、31.7ml、33.3ml、40ml、46.7ml。分别测定4×10 - 4 mol•L – 1、5×10 - 4mol•L – 1、6×10 - 4mol•L – 1、7×10 - 4 mol•L – 1、8×10 - 4mol•L – 1、8.5×10 - 4mol•L – 1、9×10 - 4mol•L – 1、9.5×10 - 4mol•L – 1、10×10 - 4mol •L – 1、12×10-4mol·L-1、14×10-4mol·L-1系列浓度十六烷基三甲基溴化铵溶液的电导

率。

（5）、调节恒温槽温度为45ºC。重复上述步骤进行试验并记录数据。

3、紫外分光光度法

（1）、打开TU-1810型紫外分光光度计开关。仪器初始化。仪器进行自检,大约需要四分钟。如果自检各项都正常后，进入工作界面，预热半小时后，便可进入以下操作。

（2）、用移液管分别移取13.3ml、16.7ml、20ml、23.3ml、26.7ml 、28.3ml、30ml、31.7ml、33.3ml、40ml、46.7ml的0.003mol/L CTAB 标准溶液于10个100ml容量瓶中，加水定容后超声数分钟使其均匀混合，得4×10 - 4 mol•L – 1、5×10 - 4mol•L – 1、6×10 - 4mol•L – 1、7×10 - 4 mol•L – 1、8×10 - 4mol•L – 1、8.5×10 - 4mol•L – 1、9×10 - 4mol •L – 1、9.5×10 - 4mol•L – 1、10×10 - 4 mol•L – 1、12×10-4mol·L-1、14×10-4mol·L-1的CTAB溶液，贴上标签。

（3）、分别吸取10ml不同浓度的溶液加入洁净且干燥的比色管中，并向每个比色管中各滴入一滴荧光黄（注意加入的量一定不要太多，以避免影响以后的紫外吸收光光谱的效果，会出现峰值溢出的现象，可能读不出数据）。混合均匀后，观察颜色变化，在颜色发生明显变化的两个比色管浓度范围内设计更细微的浓度变化，进一步测定在该浓度下的最大峰值。

（4）、光谱扫描。根据屏幕菜单提示进入光谱扫描。

设置光谱扫描参数：

1．波长范围（先输长波再输短波，一般设置为200nm到600nm）；

2．测光方式T%或Abs（一般为Abs）；

3．扫描速度（一般为中速）；