精细化学品分析第一章第一节

1、1,第一章 表面活性剂分析,第一节 表面活性剂的基础知识 第二节 表面活性剂的理化性质分析 第三节 表面活性剂的基本性能分析 第四节 阴离子和非离子表面活性剂生物降解度测定 附 录 表面活性剂的定量分析 补 充 电导法测定临界胶束浓度CMC,2,上次课内容回顾,上一次课我们探讨了绪论部分的内容。 该部分内容包括精细化学品的概念和分类(从生产角度)，精细化学品分析的任务和作用及主要内容。 相应补充了标准(按层次分类和国家标准)和标准化及产品质量监督与认证(监督的类型 )的内容。,3,第一节 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 2. 表面活性剂的功能和应用 3. 表面活性剂分析的主

2、要内容,4,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.1 界面和表面 1.1.1 界面 界面是指物质相与相之间的分界面。 界面包括以下五种：?,气-液界面； 气-固界面； 液-液界面； 液-固界面； 固-固界面。,5,(1) 气-液界面,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.1 界面和表面 1.1.1 界面,6,(2)气-固界面,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.1 界面和表面 1.1.1 界面,7,(3)液-液界面,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.1 界面和表面 1.1.1 界面,8

3、,(4)液-固界面,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.1 界面和表面 1.1.1 界面,9,(5)固-固界面,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.1 界面和表面 1.1.1 界面,10,1.1.2 表面 物质相与相之间的分界面中包含气相的界面叫表面。表面有液体表面和固体表面两种。,1-1 表面活性剂的基础知识,请在图中找出表面有液体表面和固体表面 ？,1. 表面活性剂的概念和分类 1.1 界面和表面,11,1.2 表面张力和表面活性剂 1.2.1 表面张力,1-1 表面活性剂的基础知识,表面分子受到表面张力指向液体内部并垂直于表面。,表

4、面上的分子有向液相内部迁移的趋势，使得液体表面有自动收缩现象，这种引起液体表面自动收缩的力就叫表面张力。,1. 表面活性剂的概念和分类,12,（a）,（b）,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.2 表面张力和表面活性剂 1.2.1 表面张力,13,油,水,1-1 表面活性剂的基础知识,表面活性剂,?,1. 表面活性剂的概念和分类 1.2 表面张力和表面活性剂 1.2.1 表面张力,14,1.2.2 表面活性剂 表面活性是指溶质使溶剂表面张力降低的性质。 表面活性物质是指具有表面活性的物质。,1-1 表面活性剂的基础知识,我们把加入很少量就能显著降低溶剂(一般为水)的

5、表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等一系列作用(或其反作用)的物质称为表面活性剂。,1. 表面活性剂的概念和分类 1.2 表面张力和表面活性剂,15,1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.1 结构 水溶性表面活性剂的分子结构都具有不对称性和极性的特点。分子中具有亲水基和亲油基，亲油基也称为疏水基，通常用符号表示如下：,1-1 表面活性剂的基础知识,亲水基,亲油基,表面活性剂,+,1. 表面活性剂的概念和分类,16,1.3.2 表面活性剂的特点 (1)双亲性,非极性烃链（疏水）,极性基团（亲水）,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3

6、表面活性剂的结构、特点和分类,17,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.2 表面活性剂的特点,(2)溶解度 在油中；,在水中。,18,(3)界面吸咐,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.2 表面活性剂的特点,19,1-1 表面活性剂的基础知识,(4)界面定性,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.2 表面活性剂的特点,20,(5)临界胶束浓度（cmc）,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3

7、 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.2 表面活性剂的特点,21,1-1 表面活性剂的基础知识,(6)多功能性,HLB值 HLB值是表示分子中亲水和亲油的两个相反基团的大小和作用的平衡。 HLB值是由分子的化学结构、极性强弱或分子中的水合作用决定的。,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.2 表面活性剂的特点,22,HLB值与多功能性关系图,1-1 表面活性剂的基础知识, 亲油 | 亲水 HLB值 0 1 3 6 7 8 10 12 13 15 18 20 | |消泡| | | 润湿剂 |增溶剂| | 石蜡 W/O乳化剂 |去污| 聚乙二醇 | 渗透作用

8、 | | O/W 乳化剂 |,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.2 表面活性剂的特点,23,离子型表面活性剂 非离子型表面活性剂 表面活性剂 特种表面活性剂,1.3.3 表面活性剂的分类,1-1 表面活性剂的基础知识,阴离子型表面活性 阳离子型表面活性剂 两性离子型表面活性剂,氟表面活性剂 硅表面活性剂 高分子表面活性剂 冠醚类大环化合物 二聚表面活性剂,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类,24,1-1 表面活性剂的基础知识,(1)离子型表面活性剂,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.

9、3.3 表面活性剂的分类,离子型表面活性剂又称离子型乳化剂，可以形成胶束的一类物质，其分子总是同时含有亲水基团和亲油基团，且其亲水基团为离子型基团，溶于水时能电离生成离子 。,离子型表面活性剂可分为阴离子型和阳离子型和两性表面活性剂。,25,阴离子表面活性剂,R-OSO3Na硫酸酯盐,R-SO3Na磺酸盐,R-OPO3Na2磷酸酯盐,1-1 表面活性剂的基础知识,阴离子型表面活性,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,阴离子型表面活性剂分子中的亲水基团为阴离子，产量占表面活性剂的首位。,26,1-1 表面活性剂的基础知识,阳离子型表面

10、活性剂,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,阳离子型表面活性剂分子中的亲水基团为阳离子。,阳离子表面活性剂不可与阴离子表面活性剂一同使用，在水溶液中生成沉淀而失去效力。,27,阳离子表面活性剂,CH3 | R-N-HCl仲胺盐 | H,CH3 | R-N-HCl叔胺盐 | CH3,CH3 | R-N+-CH3Cl-季胺盐 | CH3,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,28,两性表面活性剂,CH3 | R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型 |

11、 CH3,1-1 表面活性剂的基础知识,两性离子型表面活性剂,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,两性离子型表面活性剂分子上同时具有正负电荷的表面活性剂，随介质的pH可成阳或阴离子型。,29,练习1: 十六烷基溴化铵,1-1 表面活性剂的基础知识,CH3 | C16H33-N+-CH3Br | CH3,它是什么类型表面活性剂 ？,阳离子型季铵盐表面活性剂,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,离子型表面活性剂练习,30,练习2: 十二烷基磺酸钠,1-1 表面活性剂的基础知识

12、,C12H25-SO3-Na+,它是什么类型表面活性剂 ?,阴离子型磺酸盐表面活性剂,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,31,离子型表面活性剂小结 离子型表面活性剂由于其特殊结构，具有许多优异性能，如良好的去污、起泡和乳化性能，对酸碱和多种金属离子都比较稳定，具有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能，特别是其极低毒性和无刺激性以及良好的生物降解性能，使其在日用化学品应用中前景广阔。同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相当用途。,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3

13、表面活性剂的分类,32,R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚,非离子表面活性剂,R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型,1-1 表面活性剂的基础知识,(2)非离子型表 面活性剂,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,33,脂肪醇聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润性能,烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称 OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强,常用非离子表面活

14、性剂,多元醇型：主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物Span类 及 Tween类 表面活性剂即属此类；具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,34,非离子型表面活性剂小结 非离子型表面活性剂稳定性高，不易受强电解质无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的影响，与其它类型表面活性剂的相容性好；在水及有机溶剂中皆有良好的溶解性能，具有良好的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、稳泡、抗静电等作用，且无毒；广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等的乳化剂、消泡剂

15、、增稠剂，以及医疗方面的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,35,(3)特种表面活性剂生物表面活性剂,生物表面活性剂是指由细菌、酵母和真菌等多种微生物产生的具有表面活性剂特征的化合物。微生物在代谢过程中常分泌出一些具有表面活性的代谢产物。如简单脂类、复杂脂类或类脂衍生物。在这些物质分子中存在着非极性的疏水基团和极性的亲水基团。,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,36,1-1 表面活性

16、剂的基础知识,用微生物制取的表面活性剂产物易于被生物完全降解、无毒性，在生态学上是安全的。,例如： 用废弃的油培养微生物，能加速其分解，同时能制取的表面活性剂，同时解决了炼油厂的污染问题，又能得到性能很好的表面活性剂。,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,37,根据亲水基的类别可分为 糖脂系列； 脂肪酸系列； 酰基缩氨酸系列 ； 磷脂系列； 高分子生物表面活性剂等。,1-1 表面活性剂的基础知识,1. 表面活性剂的概念和分类 1.3 表面活性剂的结构、特点和分类 1.3.3 表面活性剂的分类,38,2. 表面活性剂的功能和应用,2.

17、1 表面活性原理与功能,2.1.1 原理 表面活性剂分子含有一个亲水基和一个亲油基，当表面活性剂溶于水中时，亲水基团使分子有进入水的倾向，而亲油的碳氢长链则竭力阻止其在水中溶解而从溶剂内部迁移，有逃逸出水相的倾向，这种疏水基逃离水环境的性质称为疏水作用。,1-1 表面活性剂的基础知识,39,这两种倾向平衡的结果是表面活性剂在表面富集，亲水基伸向水中，疏水基伸向空气。表面活性剂这种从水内部迁至表面，在表面富集的过程叫吸附。,1-1 表面活性剂的基础知识,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能 2.1.1 原理,40,表面活性剂在水表面吸附的结果是水表面被一层非极性的碳氢链覆盖，

18、从而导致水的表面张力下降。,1-1 表面活性剂的基础知识,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能 2.1.1 原理,41,表面活性剂在界面上的吸附一般为单分子层；达到饱和时，表面活性剂分子在溶液内部自聚，这种自聚体称为分子有序组合体，其最简单的形式是胶束。开始形成胶束的浓度称为临界胶束浓度(cmc)。,1-1 表面活性剂的基础知识,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能 2.1.1 原理,42,临界胶束的形状除球状外，还有棒状和层状等。,1-1 表面活性剂的基础知识,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能 2.1.1 原理,43,1-1 表

19、面活性剂的基础知识,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能 2.1.1 原理,44,以cmc为界限，在一较小浓度范围内，其水溶液的许多物理化学性质，如表面张力、渗透压、摩尔电导率、去污能力、增溶能力、浊度等将发生突变。因此，表面活性剂的水溶液只有在浓度稍高于其cmc值时，才能充分地显示其作用。,1-1 表面活性剂的基础知识,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能 2.1.1 原理,45,2.1.2 表面活性剂最基本的功能有两个,1-1 表面活性剂的基础知识,第一:在表(界)面上吸附，形成吸附膜；,第二:在溶液内部自聚，形成多种类型的分子有序组合体。,从这两个

20、功能出发，衍生出表面活性剂的其它多种应用功能。在表(界)向上吸附的结果是降低了表(界)面张力，改变了体系的表(界)面化学性质。从而使表面活性剂具有起泡、消泡、乳化、破乳、分散、絮凝、润湿、铺展、渗透、润滑、抗静电以及杀菌等功能。,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能,46,润湿作用,乳化作用,分散作用,起泡与消泡,增溶作用,洗涤作用,肥皂、洗涤剂,化妆品,食品加工,纺织工业,金属加工,石油、建筑,功能,应用,1-1 表面活性剂的基础知识,2. 表面活性剂的功能和应用 2.1 表面活性原理与功能 2.1.2 表面活性剂最基本的功能有两个,47,1-1 表面活性剂的基础知识,基于胶束及其它分子有序组合体的增溶作用，衍生出胶束催化、形成微乳状液、作为间隔化反应介质和微反应器、药物载体等功能。 表面活性剂的洗涤功能在很大程度上也与胶束对油污的增溶作用有关。,胶束表现出多种多样的应用功能,其中最基本的是胶束的增溶功能。,2. 表面