正负离子表面活性剂混合体系双水相性质的测定实验报告.doc

正负离子表面活性剂混合体系双水相性质的测定 班级： 学号：姓名： SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4系统双水相配制和萃取作用The Aqueous Two-phase Preparation of SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4 System and Extraction摘 要： 通过配制不同摩尔分数的SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4混合系统绘制双水相相图并对一定浓度双水相吸光度的测定, 研究了SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4混合系统双水相对罗丹明B的萃取作用。结果表明: 溶液的准确性和溶液配的配比是能否出现双水相的关键所在，温度对混合体系双水相的稳定性有重要影响。关键词: SDS CTAB 双水相 吸光度 罗丹明B 萃取1实验原理：正负离子表面活性剂混合系统的水溶液在适当条件下能够形成两个互不相溶的水相系统,这种系统称为表面活性剂双水相系统。由于表面活性剂溶液中的胶束结构在不同的条件下组装形式不同, 这使得表面活性剂双水相系统对物质萃取的选择性具有可调节性。本实验通过研究十二烷基硫酸钠( SDS )/十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/水混合体系在盐存在时的相行为、双水相分相时间以及双水相对大分子物质罗丹明B的萃取作用, 揭示影响物质在正负离子表面活性剂双水相中分配系数的主要因素。绘制三元相图: 以0. 2 molL-1 Na2SO4 溶液为溶剂, 配制0. 2 mo lL-1 SDS 溶液及0. 2molL-1CTAB 溶液。这两种溶液作为纯组分,分别占据三元相图两个顶点, 以0. 2 molL-1 Na2SO4 溶液为另一个顶点。在三元相图上均匀取点, 配制样品, 所有样品于313. 15 K 恒温24 h, 观察现象。液晶( Liquid Crystal-LC) 的微观结构通过恒温偏光显微镜测定。萃取: 将被萃取物与上述其它组分共同配成双水相, 313. 15 K 恒温稳定后, 取上下相稀释成一定浓度, 用分光光度计测其吸光度。其最大吸收波长: 罗丹明B= 553 nm。无盐时, SDS/ CTAB/ H2O 混合系统在40时形成稳定的双水相所需的时间很长, 约48 h。但若上述系统中含有0. 2molL-1 Na2SO4, 2h 左右即可出现双水相, 双水相达到平衡的时间约为5 h。这表明盐加快了分相速度。图1 为SDS/CTAB/ H2O 系统含0. 2molL-1 Na2SO4 时的拟三元相图。在相图中存在两个ATPS 区, 根据各区表面活性剂配比的差异, 分别称为阴离子双水相区( ATPSa ) 与阳离子双水相区( ATPSc) 。偏光实验证实, 双水相区与液晶区有密切的关系, 偏光区或包容ATPS 区或与AT PS 区交错。实验中发现，双水相上相呈现偏光现象, 视为液晶。即使无偏光现象的双水相上相, 曾推测其为立方结构的液晶 7 , 所以可以认为双水相上相具有液晶结构。对于ATPSa 区, 由于阴离子表面活性剂SDS 过量, 混合表面活性剂有序组合的液晶结构带负电;对于ATPSc 区, 阳离子表面活性剂CTAB 过量,混合表面活性剂有序组合的液晶结构带正电。由于两个ATPS 区的双水相组成及微观结构的差异, 它们的萃取分离行为是不同的。图1含0. 2 molL- 1 Na2SO4 的SDS/ CT AB/H 2O/ Na2SO4 系统相行为根据A=kbC，其中k为吸光系数，单位L/(gcm),b为液层厚度（通常为比色皿的厚度），单位cm ， c为溶液浓度，单位mol/l求的分配系数DD=CaCb=n1C1n2C2 =n1A1n2A2萃取效率E=n1A1V1n1A1V1+n2A2V2 *100%= n1A1h1n1A1h1+n2A2h2 *100% 2 实验部分2.1 仪器，作用与试剂。电子天平； 用于准确称量SDS,CTAB并确定稀释倍数 磁力加热搅拌器； 加速溶解721型分光光度计；规格0.5、1.0cm比色皿；测量上下相的吸光度 干燥器； 用于干燥仪器恒温水浴箱； 用于提供环境温度保持温度不变塑料保鲜膜；剪刀；橡皮筋12个； 用于将混合溶液密封圆柱形玻璃小瓶12个； 装混合溶液玻璃棒4根； 搅拌长吸管一支；注射器2支； 分别用于吸取上下水相100ml烧杯14个； 用于混合液体250ml烧杯2个； 用于溶解固体100ml容量瓶2个；500ml容量瓶1个； 用于配精确浓度的溶液5ml移液管2支；10ml移液管2支； 移取溶液刻度尺1把； 测量上下相高度洗耳球1个。 移取溶液，吹走泡沫SDS（分析纯，99%）；CTAB（分析纯，99%）；Na2SO4（分析纯，99%）；10-mol/L罗丹明B；蒸馏水。2.2 实验方法.1 仪器准备将12个100ml小烧杯、2支注射器、比色皿洗涤干净后，放入干燥箱中干燥，备用。.2 溶液配制2.1用电子天平准确称取14.243gNa2SO4固体，于100ml烧杯中加入一定量蒸馏水溶解，将磁子放入，放在磁力加热搅拌器上加热搅拌，使其充分溶解后转移至500mL容量瓶中，加蒸馏水定容、摇匀，得到0.2mol/l的Na2SO4溶液。 2.2 准确称取5.768gSDS粉末，取配好的0.2mol/l的Na2SO4溶液40-50ml倒入100ml烧杯中，并将烧杯置于磁力加热搅拌器上加热搅拌。缓慢加入SDS，使其溶解。全部溶解后转移至100mL容量瓶中定容，恒温一段时间等泡沫消失得0.2mol/l的SDS溶液备用。.2.3 准确称取7.289gCTAB粉末，按步骤2配制溶液。3 配制双水相.3.1用移液管移取2.4mLSDS和7.6mLCTAB于100mL小烧杯中，再滴加5滴罗丹明B。用玻璃棒快速搅匀，立即倒入圆柱形小瓶中，用塑料保鲜膜及橡皮筋封口，记录样品现象。.3.2迅速将圆柱形小瓶放入恒温箱中恒温2h。.3.3按照步骤1、2依下表比例移取溶液，配制其他11组混合液。并放入40恒温箱中恒温。表1 SDS/CTAB体积比例表序号123456789101112SDS体积/mL2.32.42.52.62.72.87.07.17.27.37.47.5CTAB体积/mL7.77.67.57.47.37.23.02.92.82.72.62.5.3.4观察双水相形成过程，2h后双水相达到平衡，记录下各个小瓶样品现象。4 测定吸光度.4.1取出1个出现双水相的圆柱形小瓶，用直尺测量上下相高度，记作、，然后放入恒温水浴中恒温。.4.2调节分光光度计。打开仪器开关，预热20min。将灵敏度调至1档，波长为553nm，将暗箱盖打开，调节透光率为0。将盛有蒸馏水的比色皿放入暗箱，盖上箱盖，调节透光率为100。再打开箱盖调0，再盖上箱盖调100。反复调节。.4.3用注射器吸取上相中部溶液，若溶液颜色很浅，直接放入0.5cm比色皿中，测其吸光度；若溶液颜色深，较粘稠，则先称量100mL小烧杯中质量，去皮。再将溶液放入，记下质量m1。加一定量蒸馏水稀释，再记下质量m2。将稀释后溶液倒入比色皿中，测其吸光度。吸光度在0.1-0.4之间即可，若吸光度大于0.4，继续稀释至吸光度在0.1-0.4范围内，记录吸光度值，并计算其稀释倍数。.4.4关闭电源，整理仪器。 2.3 实验现象表2 恒温前后实验现象记录序号恒温前现象恒温40后现象恒温50后现象1粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化2粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化3粉红色悬浊液同实验前无明显变化液体分上下两相，上相为红色乳状物且体积较大，下相为澄清溶液体积较小，上下相界面清晰4粉红色悬浊液液体分上下两相，上相为红色乳状物且体积较大，下相为澄清溶液体积较小，上下相界面清晰同405粉红色悬浊液液体分上下两相，上相为红色乳状物且体积较大，下相为澄清溶液体积较小，上下相界面清晰同406粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化7粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化8粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化9粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化10粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化11粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化12粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化1.4实验数据记录与处理表3 出现双水相实验数据记录表序号液层高度/cm稀释倍数n吸光度A萃取率E/%分配率D上相h1下相h2n1n2上相A1下相A2上相E1下相E234.81.19.071.00.2980.08099.330.6733.790744.31.512.681.00.2500.08399.100.9038.199053.32.716.081.00.2550.09898.081.9241.84663 实验结果分析与讨论结果分析：在此次实验的十二个圆柱形小瓶之中，只有CTAB过量的阳离子双水相区中的3.4.5号小瓶内出现双水相，阴离子双水相区的小瓶没有出现双水相现象，可知在阴离子区的配比选择不合适。测定吸光度时，随着温度下降，液体凝固，其吸光度会变大，所以测其吸光度时要迅速。罗丹明分子中既有亲水基又有疏水基。罗丹明B易于被萃取到ATPS的富表面活性剂相中，所以ATPSa 区与ATPSc区双水相对罗丹明B均具有萃取作用。由于N上的正电荷受两个基团的屏蔽作用，正电作用减弱，相对地羧基上的负电荷作用增强，整个罗丹明B 离子表现为带负电，它更易于同阳离子双水相区带正电的有序组合体结合，所以罗丹明B 在阳离子双水相中的分配系数远远高于在阴离子双水相中分配系数。在阴离子双水相中， 带负电的罗丹明B与带负电的有序组合体间有静电排斥作用，但由于罗丹明B的净负电性很弱，所以这种排斥作用不足以完全克服两者疏水基间的亲和作用，不能使罗丹明B从富表面活性剂相上完全挣脱出来，而只是部分地降低两者之间的结合程度，所以ATPSa 区对罗丹明B仍具有一定的萃取作用，但较ATPSc区较弱。误差分析：1、在溶液配制过程中，液面出现些许泡沫，致使定容的时候液面比较模糊，使配制的实际浓度与理论浓度之间存在误差；转移不完全也会造成误差。在CTAB移取过程中，随着配制时间推移，温度不断降低，黏度越来越大，会有很较大量的残留，使其配制有较大误差。2、实验过程中温度不完全恒定（分想时温度为50度）会给实验结果带来误差。3、在测定吸光度过程中，对上下相的稀释倍数可能对实验结果带来误差。4、在测定吸光度过程中，上相在不同的温度下结果也会不同，同样会造成误差。六、结论：1、温度对混合体系的稳定性有重要影响；溶液配制和移取是造成本次实验失败的主要原因。2、该结果验证了阴离子双水相系统富表面活性剂相有序组合体带负电;阳离子双水相系统富表面活性剂相有序组合体带正电。3、萃取率与分配系数成正比，分配系数越大，萃取率越高。4、表面活性剂的浓度和配比不同，会导致样品区的现象比较复杂。5、物质带负电，其在阳离子表面活性剂混合双水相体系中的分配系数就大。该结果验证了阴离子双水相系统富表面活性剂相有序组合体带负电;阳离子双水相系统富表面活性剂相有序组合体带正电。6、加入盐后形成双水相体系的时间会变短。参考文献 1 Zhao G X, Xiao J X. Aqueous two-ph as e system of the aqueous mixtures of cat ionic-anionic surf act ants J . C olloid Interf Sci, 1996, 177: 5135172 滕弘霓, 陈莉, 刘洪来, 等. 正负离子表面活性剂双水相性质及微观结构的研究 J . 化学学报, 2001, 59( 3) : 383387 3 Kaler E W, Hurringt on K L, Murthy A K, etal . Phase behavior an d structures of mixtures of anionic and catonic surfact an ts J . J Phys Chem, 1992, 96: 66984 Tong A J , Wu Y, Tan S D, et al . Aqueous tw o-phase syst em of cat ionic an d an ionic surfact ant mixture and its application to the extract ion of p orphyrins and metal loporphyrin s J .Anal C himica Act a, 1998, 369: 11165 童爱军, 王珊, 周晓芬, 等. 阴阳离子性表面活性剂双水相萃取色氨酸衍生物和牛血清蛋白 J . 分析化学, 1998, 26 ( 5) : 535537 6 高莹, 郑用熙. 表面活性剂的性质及其应用 J . 化学学报, 1996, 54: 5045107 曾云朋, 张华山, 陈震