阴离子表面活性剂与季铵盐反应时压电传感器的响应研究

阴离子表面活性剂与季铵盐反应时压电传感器的响应研究

为了克服提取光度法所需的有毒有机溶剂的提取、操作复杂、污染环境的缺点，水相直接显示和测量环境水中阴离子表面活性剂（as）的方法，但未报告使用压石英晶体计（pqss）对水中as的报道。本文基于AS与季铵盐型阳离子表面活性剂在水溶液中形成离子缔合物,溶液电导率发生变化和压电传感器能响应溶液电导率的性质,根据反应前后传感器频移值的改变来测定环境水样中AS的含量。该法操作快速、简便,抗干扰性好,灵敏度高,已用于环境水样中AS的测定,结果满意。1实验部分1.1实验装置的制备AT切割、9MHz、镀银电极的石英晶体谐振器(北京国营七O七厂);电导电极(自制);SS3341A型频率计数器(石家庄市无线电四厂);JWY-30B型直流稳压电源(石家庄市无线电四厂);78-1型电磁搅拌器(上海南汇电讯器材厂)。本实验装置是在压电传感器的石英晶体上串联一个电导电极而组成串联式压电传感器。十二烷基磺酸钠(sodiumlaurylsulfonate,SLS)标准溶液:将化学纯SLS用无水乙醇重结晶一次,准确称取0.2500g,用水定容至250mL,即得1mg·mL-1标准贮备液,使用时稀释成50μg·mL-1工作溶液;氯化十六烷基吡啶(cetylpyridiniumchloride,CPC)溶液:称取0.1053gCPC(分子式C21H38ClN·H2O,分子量358.02),用水定容至100mL,即得1mg·mL-1工作溶液;磷酸盐缓冲溶液(pH7.0)。所用试剂均为分析纯,实验用水为二次蒸馏水,其它溶液接常规配制。1.2测量频率的制备准确移取适量SLS标准溶液于10mL比色管中,加入0.5mLpH7.0磷酸盐缓冲溶液,以水定容后,转入测定池中,将传感器敏感元件探头插入密闭测定池中,磁力搅拌,待谐振频率稳定后,加入0.5mL1mg·mL-1CPC溶液,记录频率值F1,4min时记录频率值F2,ΔF=F2-F1。2结果与讨论2.1溶液电导率的变化研究工作表明,SLS与CPC在一定实验条件下形成摩尔比为1∶1的离子缔合物。当CPC浓度一定时,改变SLS的浓度,由于SLS与CPC形成离子缔合物而引起溶液电导率发生变化,PQCS的频移值也相应发生改变,即反应前后传感器的频移值改变ΔF与溶液中i离子的浓度变化值Δci符合下述关系式:ΔF=S∑i=1nLiΔci(1)ΔF=S∑i=1nLiΔci(1)式中:S—传感器的响应灵敏度(Hz·Ω·m)Li—溶液中i离子的摩尔电导(m2·Ω-1·mol-1)实验结果证明了这一点。2.2缓冲体系的稳定性试验了不同pH值的磷酸盐缓冲体系和氨水-氯化铵缓冲体系。结果表明,在pH5.5～7.5范围内,传感器响应灵敏,频移值ΔF对SLS线性关系好。本实验酸度控制在pH7.0,采用磷酸盐缓冲溶液。2.3阳离子表面活性剂试验了CPC、十六烷基三甲基溴化铵(cetyl-trimethylammoniumbromide,CTM-AB)、溴化十六烷基吡啶(cetylpyridiniumbromide,CPB)三种季铵盐型阳离子表面活性剂,以CPC为最好。CPC的加入量与SLS的浓度有关。实验表明,SLS浓度在155μg·10mL-1以下时,CPC加入量以500μg为最好。本实验选用1mg·mL-1CPC0.5mL。2.4溶液温度对at切割石英晶体稳定性的影响温度的选择须考虑到离子缔合反应的速度及石英晶体振荡的稳定性。升高温度,反应速度加快,但温度太高,AT切割石英晶体不能稳定振荡。为保证石英晶体的稳定振荡,溶液温度不宜高于70℃。就本文反应体系而言,常温下,离子缔合反应即能顺利进行,故本实验在常温下进行。2.5pqcs的频移响应由AS与CPC的离子缔合机理知道,在一定温度下,当溶液中CPC浓度基本不变时,反应可视为准一级反应,此时,AS在时间t时的瞬时浓度(ct)为反应时间t的函数:ct=c°ASe−kt(2)ct=c°ASe-kt(2)式中:c°AS—AS的初始浓度k—速度常数(min-1)随着反应的进行,AS与CPC形成离子缔合物,体系的电导率发生变化。此时,PQCS在反应开始后的t时刻的频移响应为:ΔF(t)=f(t)c°AS(3)ΔF(t)=f(t)c°AS(3)其中f(t)当体系一定时仅为反应时间的函数,与AS的初始浓度无关。由于ΔF(t)与c°AS有线性关系,故采用任一时间窗口的频移响应均可对AS进行定量分析。下图给出了不同浓度及不同反应时间二者的频移响应曲线。由图可见,任意固定的反应时间响应与AS浓度均有良好的线性关系;当反应4min后AS的响应已趋于平稳,提示反应已近完成,故本实验选择4min反应时间。2.6绘制标准曲线分别移取不同体积的50μg·mL-1SLS标准溶液,配制成标准系列,按实验方法测定频移值ΔF,绘制标准曲线。结果表明,在500μgCPC存在下,SLS在3.6×10-7～5.7×10-5mol·L-1范围内与传感器的频移值具有线性关系,线性回归方程ΔF=-5.0-2395c(mmol·L-1),相关系数为0.9989,检测下限为1.7×10-7mol·L-1。2.7允许量单位mg在试验条件下,加入一定量干扰物质,对50μg·10mL-1SLS按实验方法测定频移值,相对误差不大于±5%时,下列离子或物质的允许量(单位mg)分别为:Na+(100)、K+(100)、Ca2+(120)、Cl-1(200)、Ba2+(17.2)、Cu2+(0.4)、SO2−442-(0.6)、H2PO-4(48)、CNS-(38)、HAc(300)、乙醇(200)、异丙醇(450)。3实际水样测定和加标回收实验取经过过滤的水样,小心加热浓缩5倍,以蒸馏水定容,取8.0mL,按实验方法测定频移值,同时进行加标回收实验,用工作曲线法计算水样中AS的含量(以SLS计),所得结果与文献方法测