电导率仪原理

临界胶束浓度的测定原理

本研究采用电导率法测定可聚合阳离子表面活性剂R-303的临界胶束浓度。

离子型物质在溶液中可以解离出正负离子，故溶液可以导电。其导电能力的大小通常用电导率表示。电导率κ是电阻率ρ的倒数，单位为S•m-1或W-1•m-1

κ=1/ρ

对电解质溶液来说，电导率就是电极距离为1米，电极面积为1米2，中间放置1米3的电解质溶液。

电解质溶液的摩尔电导率是在相距为1m的两个平行电极之间，放置含有1 mol电解质的溶液，这时溶液所具有的电导称为摩尔电导率，用Lm表示，单位为S•m2•mol-1。

L_m=κ/c

电导法是测定表面活性剂临界胶束浓度CMC的经典方法。［7］通过测定不同浓度表面活性剂溶液的电导率，作出浓度与电导率的曲线，即可通过转折点得到临界胶束浓度（如图2-4所示）。

对于电导率来说，电导率是极板面积为单位面积，极板间距为单位距离时的电解质溶液具有的电导，用k表示，单位为S•m-1。当表面活性剂溶液浓度很稀时，电导率随浓度增加而线性增大，这是因为此时影响溶液电导的主要因素是导电离子数目，溶液中成单个离子状态存在的表面活性剂离子数目不断线性增加，溶液的导电能力增强。随着表面活性剂浓度增加，表面活性剂分子之间开始形成胶束，到达临界胶束浓度，溶液中单个离子状态的表面活性剂数目达到饱和，溶液电导率随浓度增加变化速率减慢。随表面活性剂浓度进一步增大，溶液中胶束数目进一步增多，胶束体积增大，胶束粒子迁移速率变慢，而溶液中单个离子数目变化甚微，此时影响电导率变化的主要因素是离子的运动，因此电导率变化更加缓慢，甚至不再变化。表面活性剂电导率随浓度变化示意图如下所示。

对溶液的摩尔电导率来说，摩尔电导率是在相距为1m的两个平行电极之间，放置含有1 mol 电解质的溶液，这时溶液所具有的电导称为摩尔电导率，用Lm表示，单位为S•m2•mol-1。由于溶液中溶质的物质的量是一定的，摩尔电导率随浓度的增高是呈逐渐减小的趋势，其影响因素是导电离子数目的变化和离子间的作用力的变化。当溶液浓度很稀时，溶液中溶质是呈单个离子状态存在，对于表面活性剂等弱电解质来说，溶液稀释时导电离子数目迅速增加，从而导致摩尔电导率迅速增加。当溶液浓度继续增加，由于溶质的电离度减小，可导电的离子数目增加不多，且由于浓度增大离子间的相互作用增强，使得离子的迁移速率减慢，故摩尔电导率变化很小甚至不再变化。摩尔电导率随浓度变化示意图如下所示。

2.3.2 电导率及临界胶束浓度的测定

（1）电导率及临界胶束浓度测定原理

电导测定是利用韦斯顿电桥（如图2-5）来测定电导池的电阻，然后通过求电阻的倒数测得电导。由图2-5，AB为均匀的滑线电阻，R l为可变电阻，M为电导池，其中具有两个固定的Pt电极。在电导池中放入待测溶液，其电阻设为Rx，I是一定频率的交流电源，通常取其频率为1000赫兹，T为耳机(或阴极示波器)。接通电源后，移动接触点C，直到耳机中的声音达最小为止。此时D、C两点的电位差相等，DTC线路中电流几乎为零。［4］

图2-5测定电阻的韦斯登电桥

当DTC无电流通过，有下面的关系：

R_1/R_x =R_3/R_4

或

G_x=R_3/(R_4 R_1 )

R1、R3、R4均由实验可得，故可测出溶液的电导Gx。

实验开始时电导率仪的电导池常数需要校正。

因电极间距离l 和电极面积A不能精确地测量，实际测量时常用比较法测定池常数。即测定已知电导率的标准溶液（通常为KCl溶液）的Kcell。然后用这个电导池测未知溶液的电导率。

K_cell=l/A

G=K A/l=K/K_(cel l)

K_(cel l)=K_kCl/G_kCl

K_未知=G_未知•K_cell