临界胶束浓度的测定

青岛科技大学化学与分子工程学院 边辉 工程学士学位论文ENGINEERING MASTER DEGREE THESIS 表面活性剂的临界胶束浓度的测定 作 者 边辉 指导教师 杨晓燕 学科专业 应用化学 表面活性剂临界胶束浓度的测定第一作者：边辉指导老师：杨晓燕工作单位：青岛科技大学化学与分子工程学院摘 要 临界胶束浓度（CMC）是表面活性剂对溶液表面活性的一种度量，是表面活性剂应用性能中最重要的物理量之一。本实验采用电导法分别测定十二烷基硫酸钠（SDS）在25、30、40及45下的的临界胶束浓度，通过对比得到十二烷基硫酸钠临界胶束浓度随温度的升高而降低的关系；在室温下用表面张力法和紫外分光光度法(以N-N-二乙基苯胺做为探针)测定十二烷基硫酸钠（SDS）的临界胶束浓度，通过对比文献值讨论这些方法的优缺点。关键字 表面活性剂；十二烷基硫酸钠；临界胶束浓度 ；电导法；表面张力法； 紫外分光光度法 目 录1.前言32.实验部分42.1仪器与试剂42.2实验方法42.2.1电导法42.2.2表面张力法52.2.3紫外分光光度法53. 结果与讨论63.1电导法数据处理63.2表面张力法数据处理83.3紫外分光光度法数据处理94. 结论105. 参考文献111. 前言 能使溶剂表面张力显著降低的物质称为表面活性剂。表面活性剂临界胶束浓度（CMC）对于表面活性剂的应用是一个非常重要的物理量，是表面活性剂溶液研究中的一个重要内容。CMC的测定方法有多种，最常用的是表面张力法和电导法，表面张力法测的的数据比较精准,而且不受盐的影响，电导法测量起来比较方便，快捷而简单。沈阳药科大学的赵喆，王齐放5对各种方法进行了比较，江苏盐城师范学院的王新红，戴兢陶，顾云兰 6用分光光度法（碘水为指示）测定十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度，综合两者，本文采用三种方法（表面张力法、电导法、紫外分光光度法）测定十二烷基硫酸钠的CMC，并讨论他们的优缺点。2.实验部分2.1仪器与试剂JK99B型自动表面张力测定仪1台；UT-1810型分光光度计1台；DDS-11A型电导率仪1台；DJS-1型镀铂黑电极1支；恒温电导池1个；超级恒温槽1个；25ml移液管1支；10ml移液管1支；100ml容量瓶5个，500ml烧杯2个；100ml烧杯2个；分析天平1台，1000ml容量瓶2个；洗瓶1个；洗耳球2个。十二烷基硫酸钠（SDS）；N-N-二乙基苯胺。2.2实验方法2.2.1电导法(1) 配制储备液。十二烷基硫酸钠经80烘干3小时后，准确称量5.760g，加入500ml蒸馏水溶解，待完全溶解后转移至1000ml容量瓶中，放入超声波清洗仪中超声5min，然后定容至1000ml，再超声5min，此时溶液浓度为0.02 mol/L。在10支容量瓶中分别移取10、20、30、35、40、45、50、60、70、80ml 0.02 mol/L十二烷基硫酸钠溶液加入到100ml容量瓶中，分别加水定容至100ml，超声5min，配制得到0.002、0.004、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.012、0.014、0.016mol/L的待测溶液，然后分成两组用皮筋扎起后放入30恒温槽中恒温15分钟。(2)将超级恒温槽与恒温电导池接通，调节恒温槽水温至测定所需的温度。(3)用蒸馏水淌洗电导池和电导电极3次（注意不要直接冲洗电极，以保护铂黑），测量水的电导率。再用0.002mol/L的十二烷基硫酸钠溶液淌洗3次。往电导池中倒入适量0.002mol/L的十二烷基硫酸钠溶液，插入电导电极，至少恒温15分钟。(4)打开电导率仪，将“量程选择”扳倒最大挡，将“校正-测量”扳倒 “校正”，将“温度补偿”旋钮调到25，根据电极上标明的电极常数，调节“常数校正”旋钮至相应数值。(4)将“校正-测量”扳倒 “测量”位置，调节 “量程选择”旋钮，根据仪器显示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。(5)将“校正-测量”扳倒 “校正”位置倒掉电导池中的溶液，用下一个较浓的溶液（0.004）淌洗电导池和电极3次，倒入适量该溶液，插好电极，恒温15分钟，按步骤4和5 测量其电导率。由此，按从稀到浓的顺序，测定其他溶液的电导率。(6)实验结束后，把电极浸泡在蒸馏水中。关闭电导率仪和超级恒温槽。2.2.2表面张力法(1)按电导法所述将十二烷基硫酸钠的溶液稀释至所需浓度。(2)启动电脑，打开张力仪开关，双击并启动JK99B（铂金板法）.EXE程序。(3)测取不同浓度的十二烷基硫酸钠的表面张力。2.2.3紫外分光光度法(1)重新配制1000ml十二烷基硫酸钠母液，在母液中加入1-2滴N-N-二乙基苯胺，将所配溶液稀释到所需浓度。(2)打开UT-1810型紫外分光光度计的电源开关,打开氢灯开关,再按氢灯触发按钮 3 秒钟, 氢灯点亮,预热 30min 后使用.将灵敏度旋钮调到1档(放大倍数最小) .灵敏度不够时再逐渐调高.选好灵敏度,实验过程中不要在变动.(3)选择2“光谱测量”，按键盘提示进行操作。(4)打开样品室盖，将装有水的比色皿放入比色皿座架中,盖上样品室盖,按下“AUTO”键，选择基准。(5)将比色皿冲洗干净，换用下一个较稀的溶液放入样品室，按下“START/STOP”键进行测量，此时屏幕上会出现另外一条新的曲线。按屏幕提示进行操作，阈值选择“1”，按确定，通过“向左”、“向右”两个键控制箭头寻找波峰，读取在250nm处的波长。(6)换用下一个较稀的溶液按5的方法进行测量，记录数据。(7)实验结束后，将比色皿清洗干净，关闭分光光度计电源。3. 结果与讨论3.1电导法数据处理将不同温度下测得的电导率对浓度作图，整合在一张图中得到图1。从图1中可以看出，电导率随浓度的升高会产生一个折点，这个折点对应的浓度就是十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度。根据四个图中的直线关系可以求出SDS在四个温度下的临界胶束浓度，列入表1。表1:不同实验温度下SDS的临界胶束浓度温度/25304045CMC 10-3mol/L8.798.737.787.64 注：图1中四条曲线从下到上分别是在25、30、40、45下测定的的电导率随浓度的变化。 从表1可以看出，随着温度的升高，十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度的值逐渐减小，分析认为，十二烷基硫酸钠形成胶束的过程是吸热过程，温度的升高，有利于胶束的形成，同时温度升高，分子运动加剧，导致十二烷基硫酸酸根在溶液表面受到分子间作用力增大，由于此时胶束稳定性高，一部分十二烷基硫酸酸根便脱离表面进入溶液参与形成胶束。温度的升高也会使胶束运动加剧，造成不稳定，但是胶束周围是水分子，疏水基团难以通过水分子进入表面，胶束就是在表面分子之间的作用，胶束分子之间的作用，疏水基团与水分子之间的作用三者共同的作用下形成的。临界胶束浓度的大小取决于上面三种作用之间的强弱，达到平衡后临界胶束浓度便不再变化。3.2表面张力法数据处理从图5中可以看出，表面张力随浓度的增加先显著减小，其后趋于不变，出现一个拐点，该拐点对应的浓度就是SDS的临界胶束浓度，大约为0.0088mol/L。表面活性剂可以明显改变溶液的表面张力，在达到临界胶束浓度之前，表面活性剂的浓度在改变表面张力时占主导地位，达到临界胶束浓度后，疏水分子在溶液表面铺成一层，浓度增加不会改变这层分子的含量，增加的量全部形成了胶束，因此，到达临界胶束浓度后，溶液的表面张力不再随浓度发生变化。3.3紫外分光光度法数据处理从图6中可以看出，最大吸收波长随浓度的变化先升高再降低，再升高，最后趋于平稳，最低点所对应的浓度就是SDS的临界胶束浓度。从图中可以读出该值，大约为0.0078mol/L。从图上可以看出，随着浓度的升高，最大吸收波长先升高再降低，又升高，最后趋于平稳。在临界胶束浓度之前，最大吸收波长接近于在水中的值，当大于临界胶束浓度之后，探针增溶于疏水基团的碳氢环境中，探针的最大吸收波长接近于其在正辛烷中的值。 4. 结论 本实验利用电导法测定了十二烷基硫酸钠在25、30、40及45下的临界胶束浓度（见表1），从表中可以看出，随着温度的升高，临界胶束浓度逐渐降低。运用表面张力法测出室温下十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度为0.0088mol/L，与文献值0.0086mol/L相差仅为0.0002mol/L，用紫外分光光度法测出的临界胶束浓度为0.0078mol/L，与文献值的相差较大。对比这三种方法，电导率法电导法的优势是取样少、操作简便、数据比较准确。但只限于离子性表面活性剂, 对较高表面活性的表面活性剂(即CMC很小)有很高灵敏度; 但盐的加入会改变溶液电导，降低测定灵敏度, 因此,不仅需用电导水配制溶液，也不能用来测量盐对其的影响。表面张力法可以测定三种类型的表面活性剂的临界胶束浓度，测量范围大，不受局限，操作简单，灵敏度高，数据准确，是常用的测定方法。而且该方法不受添加物（盐，乙醇）的影响。紫外分光光度法简单而有效, 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。由于该方法受盐类等杂质影响较小, 因此, 可以用于纯度不高的工业用混合表面活性剂CMC值的测定，但是，使用该方法时加入探针的量会对吸收产生影响。5. 参考文献1拉甫洛夫（前苏联） 胶体化学实验 山东大学出版社 19872北原文