不同方法测定两种表面活性剂的临界胶束浓度

杨锐;杨春花;王力峰;梁斌

【摘 要】Critical micelle concentration of two surfactants was determined by conductometric method and surface tension method.The experiment result showed that the critical micelle concentration of sodium dodecyl sulphate was 7.0 × 10 -3 mol · dm -3 and the critical micelle concentration of twelve alkyl three methyl ammonium chloride was 1.60 × 10 -2 mol· dm -3.The results of the two methods for the determination had the same results.%采用电导法及表面张力法分别测定了十二烷基硫酸钠（阴离子表面活性剂）和十二烷基三甲基氯化铵（阳离子表面活性剂）的临界胶束浓度，两种实验方法测得十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度约为7.0×10-3 mol· dm-3，十二烷基三甲基氯化铵的临界胶束浓度约为1.60×10-2 mol· dm-3，两种方法所得结果一致。 【期刊名称】《广州化工》 【年(卷),期】2014(000)012 【总页数】3页(P116-118)

【关键词】电导法;表面张力法;临界胶束浓度(CMC);十二烷基硫酸钠(C12H25SO4Na);十二烷基三甲基氯化铵(C15H34ClN) 【作 者】杨锐;杨春花;王力峰;梁斌

【作者单位】宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川 750021;宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川 750021;宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川 750021;宁夏大学化学化工学院，宁夏 银川 750021

【正文语种】中 文 【中图分类】O657.91

表面活性剂的渗透，润湿，乳化，去污，分散，增溶和起泡作用等基本原理广泛应用于石油、煤炭、机械、化工、冶金、材料及轻工业、农业生产中，研究表面活性剂溶液的物理化学性质(吸附)和内部性质(胶束形成)有着重要意义，而临界胶束浓度(CMC)又可以作为表面活性剂表面活性的一种量度，因为CMC越小，则表示这种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，达到表面(界面)饱和吸附的浓度越低。因而改变表面性质起到润湿，乳化，增溶和起泡等作用所需的浓度越低。另外，临界胶束浓度又是表面活性剂溶液性质发生显著变化的一个“分水岭”。因此，表面活性剂的大量研究工作都与它们在各种体系中的CMC测定有关［1－3］。

测定CMC的方法很多，常用的有表面张力法、电导法、染料法、增溶作用法、光散射法等。这些方法，原理上都是从溶液的物理化学性质随浓度变化关系出发求得。其中表面张力和电导法比较简便准确。表面张力法除了可求得CMC之外，还可以求出表面吸附等温线，此外还有一优点，就是无论对于高表面活性还是低表面活性的表面活性剂，其CMC的测定都具有相似的灵敏度，此法不受无机盐的干扰，也适合非离子表面活性剂。电导法是经典方法，简便可靠，但方法的熟练操作及该方法仅适用于离子型表面活性剂等因素的控制，而使应用范围、测定精度受到［4－6］。 1 实验部分 1.1 实验仪器与试剂

仪器:数字式电导仪;电导电极;表面张力测定装置;恒温水浴。 试剂:十二烷基硫酸钠，十二烷基三甲基氯化铵，均为分析纯。

1.2 电导法测定表面活性剂的临界胶束浓度

对离子型表面活性剂，当溶液浓度很稀时，表面活性剂完全解离为离子。有电流通过时，溶液中的阴、阳离子分别向电池的正、负两极移动，溶液的浓度越大，其中的阴、阳离子数目越多，溶液的导电能力越强，电导率就越大。随着浓度上升，电导率к近乎线性上升，但当溶液浓度达到CMC时，由于液体的一部分离子或分子形成了胶束，且胶束的定向移动速率减缓，故к的变化趋势发生显著变化，因此，к－c曲线的转折点即为CMC值［5］。 1.3 表面张力法测定表面活性剂的临界胶束浓度

利用最大泡压法测定不同浓度表面活性剂水溶液的表面张力，表面活性剂具有降低表面张力的性质，因此随着表面活性剂浓度的上升表面张力逐渐降低，但当表面活性剂的浓度上升至临界胶束浓度后其表面张力就不再降低，因此可通过表面张力与浓度的关系图找出此转折点就可求出表面活性剂的CMC。实验中当毛细管下端与被测液体液面相切时，液体沿毛细管上升。打开抽气瓶的活塞，让液体缓慢滴下，此时测定管内的压力逐渐减小，毛细管中的大气压力就会将管中液面压至管口，并形成气泡，当此压力差在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出，这个压力差即为Δh，该值可从压力计上读出，根据γ1/γ2=Δh1/Δh2，γ2为纯水的表面张力是已知的，Δh1，Δh2可测得，就可计算出待测液体的表面张力［6］。 2 实验结果与讨论

2.1 电导法测定表面活性剂的临界胶束浓度 2.1.1 十二烷基硫酸钠临界胶束浓度的测定

不同浓度十二烷基硫酸钠的电导率及其平均值见表1，浓度与电导率的关系曲线见图1。

表1 不同浓度十二烷基硫酸钠的的电导率及其平均值Table 1 The

conductometric data of sodium dodecyl sulfate浓度/ (mol·dm)(ms·cm) 0.004 0.385 0.385 0.385 0.385 0.005 0.462 0.462 0.462 0.462 0.006 0.536 0.536 0.536 0.536 0.007 0.612 0.613 0.613 0.613 0.0075 0.638 0.638 0.638 0.638 0.008 0.670 0.670 0.670 0.670 0.0085 0.700 0.701 0.700 0.700 0.009 0.735 0.735 0.735 0.735 0.0095 0.763 0.763 0.763 0.763 0.01 0.787 0.788 0.788 0.788 0.011 0.845 0.845 0.845 0.845 0.012 0.902 0.902 0.903 0.902－3电导率к/－1к平均值

图1 十二烷基硫酸钠的к－c关系曲线Fig.1 Theк－c curve of sodium dodecyl sulfate

由图1可知25℃时，十二烷基硫酸钠的CMC值约为7.0× 10－3 mol·dm－3。 2.1.2 十二烷基三甲基氯化铵临界胶束浓度的测定

不同浓度十二烷基三甲基氯化铵电导率及其平均值见表2，浓度与电导率的关系曲线见图2。

表2 不同浓度十二烷基三甲基氯化铵的电导率及其平均值Table 2 The

conductometric data of twelve alkyl three methyl ammonium chloride浓度/ (mol·dm－3)电导率к/ (ms·cm－1) к平均值0.0140 1.340 1.340 1.340 1.340 0.0145 1.376 1.375 1.376 1.376 0.0150 1.415 1.415 1.415 1.415 0.0155 1.450 1.451 1.450 1.450 0.0160 1.4 1.4 1.4 1.4 0.0165 1.516 1.516 1.517 1.516 0.0170 1.5 1.5 1.5 1.5 0.0175 1.577 1.577 1.578 1.577 0.018 1.606 1.606 1.606 1.606 0.0185 1.633 1.634 1.634 1.634 0.019 1.662 1.662 1.662 1.662

图2 十二烷基三甲基氯化铵的к－c关系图Fig.2 Theк－c curve of twelve alkyl threemethyl ammonium chloride

由图2可知25℃时，十二烷基三甲基氯化铵的CMC值约为1.60×10－2

mol·dm－3。

2.2 表面张力法测定表面活性剂的临界胶束浓度 2.2.1 十二烷基硫酸钠临界胶束浓度的测定

已知在25℃时，纯水的表面张力为71.97×10－3 N·m－1，实验测得Δh H2O等于－0.349、－0.349、－0.350，算出其平均值为－0.349 3，利用公式

K=γH2O/Δh H2O算出毛细管常数K等于－0.206 0，由γ=K·Δh1可得出十二烷基硫酸钠在不同浓度时的表面张力γ，计算结果见表3，绘制十二烷基硫酸钠的γc关系曲线见图3。

表3 不同浓度十二烷基硫酸钠的压差及表面张力Table 3 The pressure

difference and surface tension of sodium dodecyl sulfate浓度/ (mol·dm－3) 1 (N·m－1) 0.004 －0.214 －0.212 －0.211 －0.212 0.0437 0.005 －0.193 －0.194 －0.192 －0.193 0.398 0.006 －0.173 －0.173 －0.173 －0.173 0.0356 0.007 －0.1 －0.165 －0.165 －0.165 0.0339 0.0075 －0.163 －0.163 －0.1 －0.163 0.0336 0.008 －0.162 －0.162 －0.161 －0.162 0.0333 Δh/kPa 平均值 γ/

续表30.0085 －0.162 －0.162 －0.162 －0.162 0.0334 0.009 －0.161 －0.161 －0.161 －0.161 0.0332 0.0095 －0.161 －0.161 －0.162 －0.161 0.0332 0.01 －0.161 －0.162 －0.161 －0.161 0.0332 0.011 0.161 －0.161 －0.161 －0.161 0.0332 0.012 －0.160 －0.161 －0.161 －0.161 0.0332

图3 十二烷基硫酸钠的γ－c关系图Fig.3 Theγ－c curve of sodium dodecyl sulfate

由图3可知25℃时，十二烷基硫酸钠的CMC值约为7.2× 10－3 mol·dm－3。该方法所测得的临界胶束浓度与电导法所测得的结果一致。 2.2.2 十二烷基三甲基氯化铵临界胶束浓度的测定

依据2.2.1方法可得十二烷基三甲基氯化铵在不同浓度时的表面张力，结果见表4，绘制十二烷基三甲基氯化铵的γ－c关系曲线见图4。

表4 不同浓度十二烷基三甲基氯化铵的压差及表面张力Table 4 The pressure difference and surface tension of twelve alkyl threemethyl ammonium chloride浓度/ (mol·dm－3) Δh/kPa 平均值 γ/ (N·m－1) 0.0140 －0.294 －0.294 －0.295 －0.294 0.0604 0.0145 －0.266 －0.268 －0.269 －0.268 0.0551 0.0150 －0.245 －0.245 －0.245 －0.245 0.0503 0.0155 －0.225 －0.226 －0.226 －0.226 0.0465 0.0160 －0.216 －0.216 －0.217 －0.216 0.0445 0.0165 －0.212 －0.213 －0.161 －0.212 0.0436 0.0170 －0.212 －0.213 －0.213 －0.213 0.0437 0.0175 －0.212 －0.212 －0.212 －0.212 0.0435 0.018 －0.211 －0.212 －0.213 －0.212 0.0435 0.0185 －0.211 －0.213 －0.212 －0.212 0.0435 0.019 0.211 －0.212 －0.212 －0.212 0.0435 图4 十二烷基三甲基氯化铵的γ－c关系图Fig.4 Theγ－c curve of twelve alkyl threemethyl ammonium chloride

由图4可知25℃时，十二烷基三甲基氯化铵的CMC值为1.62×10－2 mol·dm－3。该方法所测得的临界胶束浓度与电导法所测得的结果一致。 3 结论

电导法是测定CMC的经典方法，其优势是取样少、装置简单、操作简便、数据准确、系统误差小。但仅对离子型表面活性剂适用，对CMC值较大、表面活性低的表面活性剂应转折点不明显而不灵敏，过量的无机盐存在会大大降低测定的灵敏度，故不能测定缓冲体系中离子型表面活性剂的临界胶束浓度值，且实验中配置溶液时最好用新制的电导水。

表面张力法无论对高表面活性还是低表面活性的表面活性剂，其CMC值的测定都具有相似的灵敏度，此法不受无机盐的影响，亦应用于非离子型表面活性剂。只是

在有少量极性有机物存在时，表面张力－浓度的对数的曲线往往出现最低点，不易确定转折点与CMC值，但最低点的出现说明表面活性剂中含有高表面活性的杂质，是检验表面活性剂纯度常用的方法之一。 参考文献

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