测定十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂的临界胶束浓度.doc

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: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；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；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（ ）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420700nm范围的称可见分光光度计。波长在2001000nm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 molL 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(25C和45C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310 - 4 molL 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410 - 4 molL 1、510 - 4molL 1、610 - 4molL 1、710 - 4 molL 1、810 - 4molL 1、8.510 - 4molL 1、910 - 4molL 1、9.510 - 4molL 1、1010 - 4 molL 1、1210-4molL-1、1410-4molL-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45C。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410 - 4 molL 1、510 - 4molL 1、610 - 4molL 1、710 - 4 molL 1、810 - 4molL 1、8.510 - 4molL 1、910 - 4molL 1、9.510 - 4molL 1、1010 - 4 molL 1、1210-4molL-1、1410-4molL-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）；4采样间隔（一般1nm或0.5nm）；5记录范围（一般为 0-1）。单击Return退出参数设置。（5）、基线校正:选择基线校正按键，在样品池中加入蒸馏水作为参比溶液，基线校正完后单击存入基线，取出参比溶液。（6）、扫描倒掉取出的参比溶液，在比色皿中加入310 - 4 molL 1的CTAB溶液。单击START进行扫描，当扫描完毕后，单击F2,输入阀值1检出图谱的峰值，测量溶液的最大吸收波长。（7）、取出比色皿，换用下一个浓度的溶液，充分润洗。测定410 - 4 molL 1的CTAB溶液的最大吸收波长。以此类推，依次测量其他浓度溶液的最大吸收波长。（8）、测量完毕后，关闭开关，取下电源插头，取出样品池洗净、放好，盖好比色皿箱室盖和仪器。5 实验数据记录与处理1、不同浓度表面活性剂的电导率（25和45）及最大吸收波长序号浓度c/（molL-1）104（25）/mscm-1（45）/mscm-1(nm) 室温（25.3）130.0250.040499.0240.0310.048499.0350.0430.063499.0460.0510.076499.056.5500.0670.0640.084500.0780.0680.101500.088.50.0730.107500.0990.0750.115500.0109.50.0860.118500.011100.0880.134500.012120.0970.139500.013140.1010.144500.0注： MCTAB=364.45 其CMC的理论值为 9.11 10- 4 molL - 1 6、 实验结论在室温为25.3，大气压为101.23kpa的实验条件下：由实验电导法测得数据并作图的25下CTAB的CMC的值为10.4010- 4 molL - 1 ，45下CTAB的CMC的值为10.8210- 4 molL - 1。在室温为25.3的条件下，由紫外法加荧光黄做添加剂测得溶液在浓度为610-4molL-1和6.510-4molL-1之间，其最大波长发生变化，取其中间值作为次条件下CTAB的CMC的值为6.2510- 4 molL - 1 。七、实验方法分析及实验误差分析 1、实验过程说明：用紫外分光光度法：，设计实验时，是根据所查的理论值设计的实验、分组，在（810）10-4molL-1之间设计的组数比较多，实验时先将用容量瓶配置好的不同浓度的溶液，分别移取大约10ml的溶液至于11个不同的比色管中，分别加入半滴的荧光黄，摇匀后比色，观察到溶液颜色由橙色变黄绿色的溶液在610-4molL-1和810-4molL-1浓度之间，并且进行紫外实验时测得最大波长在这两个浓度之间由499nm变化到500nm,故又配置了溶度为710-4molL-1的溶液增加实验，并且测得710-4molL-1浓度的溶液的最大波长也是500nm.所以又增配了浓度为6.510-4molL-1的溶液，加入荧光黄后，进行紫外实验，得出最大波长为500nm。所以判定此条件下测得的CMC的值在610-4molL-1和6.510-4molL-1之间，取两者的中间值做为其CMC的值为6.2510-4molL-1。2、电导法：实验时是先测定的25时的电导率，然后取下电导仪到另一个实验台测定45是的电导率，这样既避免了因电导仪的精密度不同而引起的实验误差，又减少了反复调节温度而造成的时间浪费。但是实验时一定要注意节约溶液的使用，因为要进行两次润洗电导池，以免溶液不够用。3、实验不足：在紫外实验时，没有在进行进一步的实验，应该在进行多设计几组实验浓度，进行测量，会实验数据更接近事实。4、实验误差：（1）、母液定容时有气泡产生并且超声也没有消失，会使母液本体中的溶液浓度偏低，从而产生了实验误差。（2）、配置不同溶度的溶液时可能存在着移取溶液的不准确，是配置的溶液又引入了误差。（3）、在进行紫外实验时，加入的荧光黄不同或者荧光黄未能和溶液混合均匀也有可能引入实验误差。（4）、实验得出的CTAB的CMC的值均与理论数据有一定的偏差，用紫外法测得偏小，而用电导法测得实验结果偏大，实验所用的母液是一个，应该是配置不同浓度的溶液时引入了较大的误差，导致两种实验结果会出现严重的不一致。也有可能的加入的荧光黄染料影响了实验结果。（5）、同是用电导法测得的不同温度下的CTAB的CMC的值的值有些许的差别，因为差别较小，不知道是因为实验误差造成的实验结果不一致，还是温度的确对CTAB的CMC的值有影响。（不同温度下测定电导率时所用的溶液是同一瓶溶液）（6）、仪器本身也存在误差，且实验作图时也引入了大量误差。八注意事项1、 电极在冲洗后必须擦干，以保证溶液浓度的准确，电极在使用过程中其极片必须完全浸入到所测的溶液中。2、 为避免气泡形成，保证表面活性剂完全溶解，影响浓