測定十六烷基三甲基溴化銨表面活性劑的臨界膠束濃度

1、測定十六烷基三甲基澳化鏤表面活性劑的臨界膠束濃度應化115班陳長利摘要：凡能顯著改變表面（或界面）性質(zhì)的物質(zhì)都稱為表面活性劑。表面活性劑的臨界膠束濃度（CMC）作為表面活性劑的表面活性的一種量度，是表面活性溶液性質(zhì)的重要表征之一。表面活性劑的一些理化性質(zhì)，如表面張力，摩爾電導率，滲透壓、濁度、光學性質(zhì)等在臨界膠束濃度時都有顯著的變化，所以通過測定發(fā)生這些顯著變化時的轉(zhuǎn)變點，就可以得知。本文采用電導率法、紫外分光光度法測定CMC,并研究溫度對CMC的影響關(guān)鍵詞：十六烷基三甲基澳化鏤；CMC電導率法；溫度；紫外分光光度法；熒光黃一、實驗目的1 .了解表面活性劑臨界膠束濃度（CMC）的定義及常用測定

2、方法。2 .用電導法及紫外可見分光光度法測定表面活性劑的CMC。4.分析添加劑對CMC的影響。二.實驗原理1、凡能顯著改變表面（或界面）性質(zhì)的物質(zhì)都稱為表面活性劑。表面活性劑分子都是由極性部分和非極性部分組成的，分子既含有親油的足夠長的（大于10個碳原子）烷基，又含有親水的極性基團。2、若按離子的類型分類，可分為三大類：陰離子型表面活T如竣酸鹽（肥皂），烷基硫酸鹽（十二烷基硫酸鈉），烷基磺酸鹽（十二烷基苯磺酸鈉）等；陽離子型表面活性劑，主要是胺鹽，如十二烷基二甲基叔胺和十二烷基二甲基氯化胺；非離子型表面活性劑，如聚氧乙烯類。2、表面活性劑進入水中，在低濃度時呈分子狀態(tài)，并且三三兩兩地把親油基團

3、靠攏而分散在水中。當溶液濃度加大到一定程度時，許多表面活性物質(zhì)的分子立刻結(jié)合成很大的集團，形成“膠束”。以膠束形式存在于水中的表面活性物質(zhì)是比較穩(wěn)定的。表面活性物質(zhì)在水中形成膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度CMCCMCM看作是表面活性對溶液的表面活性的一種量度。因為CMCM小，則表示此種表面活性劑形成膠束所需濃度越低，達到表面飽和吸附的濃度越低。也就是說只要很少的表面活性劑就可起到潤濕、乳化、加溶、起泡等作用。3、在CMC（上，由于溶液的結(jié)構(gòu)改變導致其物理及化學性質(zhì)（如表面張力，電導，滲透壓，濁度，光學性質(zhì)等）同濃度的關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，因此，通過測定溶液的某些物理性質(zhì)的變化，可以測定C

4、MC測定溶液臨界膠束濃度的方法有多種，如表面張力法、光散射法、比色法、濁度法、電導率法等，本實驗采用電導率法、紫外分光光度法（用熒光黃染料作為添加劑）。4、CMO響因素：CM最表面活性劑表面活性大小的重要參數(shù)一般主要受分子結(jié)構(gòu)親水基和疏水基的大小與性質(zhì)添加物和溫度的影響。在表面活性劑分子中疏水基增大或疏水性增強CM（M小親水基親水性增強CM端大離子型比非離子型表面活性劑的CMCt得多。中性無機鹽的加入降低離子型表面活性劑的CMCW對非離子型的影響不大。溫度升高對離子型和非離子型表面活性劑的CMC勺影響有相反的規(guī)律前者CM/高后者減小。此外實驗方法也會對CMC"生影響。5、電導法：電導

5、是表征物質(zhì)導電能力的物理量，通常用G表示，其數(shù)值為電阻的倒數(shù)。G=1/R電導的國際單位為西門子，用S表示。電導率（以K表示）表示單位長度、單位面積的導體所具的電導。對電解質(zhì)溶液而言，其電導率表示距離為單位距離的兩極板間含有單位體積的電解質(zhì)溶液時的電導。電導率的國際單位為S/m。電導法是利用表面活性劑水溶液電導率隨濃度的變化關(guān)系，從電導率（k）對濃度（c）曲線上表現(xiàn)為CMC前后直線斜率的變化，兩條不同斜率的直線的交點所對應的濃度即CMC6、紫外分光光度法：（1）、紫外可見分光光度計的構(gòu)造分光光度計按波長范圍分類，波長在420700nm范圍的稱可見分光光度計。波長在2001000nm范圍的稱紫外可

6、見分光光度計。紫外可見分光光度計是目前廠礦及學校應用比較廣泛的分光光度計。分光光度計基本構(gòu)造相似，是由圖3所示的幾個主要部件構(gòu)圖1紫外分光光度計流程圖（2）、紫外吸收分光光譜也是確定表面活性劑CMC直得一種簡單、準確的有效方法，可測定多種表面活性劑，特別是混合表面活性劑體系的CMC1。用紫外吸收分光光譜法測定CMC寸，測定的實驗數(shù)據(jù)會發(fā)生不同于其他濃度的變化，此時的濃度便是該溶液在此實驗條件下的CMC三.儀器與試劑1 .電導法儀器：電導率儀一臺（DDS-11配電導率儀）DJS-1型鍍粕黑電極1支；恒溫電導池1個（如圖2所示）；恒溫槽一個（SYC-15的級恒溫水浴槽，南京桑力電子設(shè)備廠）；電子天

7、平一臺；1000ml燒杯1個；100ml容量瓶10支；1L容量瓶一支；10ml移液管各1個；25ml移液管各1個。藥品：十六烷基三甲基澳化鏤（分析純），蒸儲水。2 .紫外分光光度法儀器：紫外分光光度計，分析天平1臺（公用），容量瓶（100mL）12個，容量瓶（1000mL）1個，干燥潔凈的燒杯1個，石英比色皿12個，玻璃棒1根，10ml、25ml移液管各1只，洗瓶1個，洗耳球1個，超聲波儀（公用）。試劑：十六烷基三甲基澳化鏤（分析純），熒光黃，蒸儲水。四.實驗步驟1、配制母液（濃度為0.003mol?L-）準確稱取十六烷基三甲基澳化鏤1.0934g,在150ml小燒杯中加入20ml蒸儲水超聲溶

8、解，轉(zhuǎn)入1L容量瓶中，再用少許蒸儲水洗滌燒杯三次，洗滌液也轉(zhuǎn)入容量瓶中。在超聲波儀中，再加蒸儲水至刻度，搖勻（注意要盡可能的避免氣泡出現(xiàn)）。2、電導法測定（25oG口45oC日t）不同濃度表面活性劑的電導率（1）調(diào)節(jié)超級恒溫槽溫度為26C（管路中有熱量流失，所以超級恒溫槽的溫度要稍調(diào)高一些)。-測(2)、打開電導率儀的電源開關(guān)，將“量程選擇”旋鈕扳到最大測量擋，將“校正量”開關(guān)扳到“校正”位置，將“溫度補償”旋鈕調(diào)到“25C”。調(diào)節(jié)“常數(shù)校正”旋鈕至1.013.(3)、用移液管準確加入10mlB恒溫的十六烷基三甲基澳化鏤溶液于100ml容量瓶中，然后加入蒸儲水至刻度線，配制成3X10-4mol

9、?L1。倒入電導池部分溶液靜置三分鐘，插入電導率儀電極，將“校正-測量”開關(guān)扳到測量的位置，調(diào)節(jié)“量程選擇”旋鈕，根據(jù)儀器顯示數(shù)字的有效位數(shù)確定適當量程，此時，儀器所顯示的數(shù)值即為該溶液的電導率。(4)、采用同樣的方法，依次加入已恒溫的十六烷基三甲基澳化鏤溶液13.3ml、16.7ml、20ml、23.3ml、26.7ml、28.3ml、30ml、31.7ml、33.3ml、40ml、46.7ml。分別測定4x10-4mol?L1、5X10-4mol?L1、6X10-4mol?L1、7X10-4mol?L1、8X10-4mol?L1、8.5X10-4mol?L1、9X10-4mol?L1、9.

10、5X10-4mol?L1、10X10-4mol?LI12X10-4molL-1、14X10-4molL-1系歹U濃度十六烷基三甲基澳化鏤溶液的電導率。(5)、調(diào)節(jié)恒溫槽溫度為45oC。重復上述步驟進行試驗并記錄數(shù)據(jù)。3、紫外分光光度法(1)、打開TU-1810型紫外分光光度計開關(guān)。儀器初始化。儀器進行自檢，大約需要四分鐘。如果自檢各項都正常后，進入工作界面，預熱半小時后，便可進入以下操作。(2)、用移液管分別移取13.3ml、16.7ml、20ml、23.3ml、26.7ml、28.3ml、30ml、31.7ml、33.3ml、40ml、46.7ml的0.003mol/LCTAB標準溶液于10

11、個100ml容量瓶中，加水定容后超聲數(shù)分鐘使其均勻混合，得4X10-4mol?Lt、5X10-4mol?L-、6X10-4mol?L1、7X10-4mol?L1、8X10-4mol?L1、8.5x10-4mol?L1、9X10-4mol?L1、9.5X10-4mol?L1、10X10-4mol?L1、12X10-4molL-1、14X10-4molL-1的CTABS液，貼上標簽。(3)、分別吸取10ml不同濃度的溶液加入潔凈且干燥的比色管中，并向每個比色管中各滴入一滴熒光黃(注意加入的量一定不要太多，以避免影響以后的紫外吸收光光譜的效果，會出現(xiàn)峰值溢出的現(xiàn)象，可能讀不出數(shù)據(jù))?；旌暇鶆蚝?，觀察

12、顏色變化，在顏色發(fā)生明顯變化的兩個比色管濃度范圍內(nèi)設(shè)計更細微的濃度變化，進一步測定在該濃度下的最大峰值。(4)、光譜掃描。根據(jù)屏幕菜單提示進入光譜掃描。設(shè)置光譜掃描參數(shù)：1 .波長范圍(先輸長波再輸短波，一般設(shè)置為200nm到600nm);2 .測光方式T%或Abs(一般為Abs);3 .掃描速度(一般為中速)；4 .采樣間隔(一般1nm或0.5nm);5 .記錄范圍(一般為0-1)。單擊Return退出參數(shù)設(shè)置。(5)、基線校正：選擇基線校正按鍵，在樣品池中加入蒸儲水作為參比溶液，基線校正完后單擊存入基線，取出參比溶液。(6)、掃描倒掉取出的參比溶液，在比色皿中加入3X10-4mol?L1的

13、CTAB溶液。單擊START進行掃描，當掃描完畢后，單擊F2,輸入1彳班t1檢出圖譜的峰值，測量溶液的最大吸收波長。(7)、取出比色皿，換用下一個濃度的溶液，充分潤洗。測定4X10-4mol?L1的CTAB溶液的最大吸收波長。以此類推，依次測量其他濃度溶液的最大吸收波長。(8)、測量完畢后，關(guān)閉開關(guān)，取下電源插頭，取出樣品池洗凈、放好，蓋好比色皿箱室蓋和儀器。五.實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1、不同濃度表面活性劑的電導率(25c和45C)及最大吸收波長1丁P濃度c/(molL-1)x104K(25C)/ms-cm-1K(45C)/ms-cm-1入(nm)室溫(25.3C)130.0250.040499.

14、0240.0310.048499.0350.0430.063499.0460.0510.076499.056.5500.0670.0640.084500.0780.0680.101500.088.50.0730.107500.0990.0750.115500.0109.50.0860.118500.011100.0880.134500.012120.0970.139500.013140.1010.144500.0注：Mctab=364.45其CM3理論值為9.11X10-4mol?L-1六、實驗結(jié)論在室溫為25.3C,大氣壓為101.23kpa的實驗條件下：由實驗電導法測得數(shù)據(jù)并作圖的25c下

15、CTAB的CMC的值為10.40X10-4mol?L-1,45C下CTAB的CMC的值為10.82X104mol?L-1。在室溫為25.3C的條件下，由紫外法加熒光黃做添加劑測得溶液在濃度為6x10-4molL-1和6.5X10-4molL-1之間，其最大波長發(fā)生變化，取其中間值作為次條件下CTAB的CMC的值為6.25X10-4mol?L七、實驗方法分析及實驗誤差分析1、實驗過程說明：用紫外分光光度法：，設(shè)計實驗時，是根據(jù)所查的理論值設(shè)計的實驗、分組，在（810）X10-4molL-1之間設(shè)計的組數(shù)比較多，實驗時先將用容量瓶配置好的不同濃度的溶液，分別移取大約10ml的溶液至于11個不同的比

16、色管中，分別加入半滴的熒光黃，搖勻后比色，觀察到溶液顏色由橙色變黃綠色的溶液在6X10-4molL-1和8X10-4molL-1濃度之間，并且進行紫外實驗時測得最大波長在這兩個濃度之間由499nm變化到500nm，故又配置了溶度為7X10-4molL-1的溶液增加實驗，并且測得7X10-4molL-1濃度的溶液的最大波長也是500nm.所以又增配了濃度為6.5X10-4molL-1的溶液，加入熒光黃后，進行紫外實驗，得出最大波長為500nm。所以判定此條件下測得的CMC的值在6X10-4molL-1和6.5X10-4molL-1之間，取兩者的中間值做為其CMC的值為6.25X10-4molL-

17、1。2、電導法：實驗時是先測定的25c時的電導率，然后取下電導儀到另一個實驗臺測定45c是的電導率，這樣既避免了因電導儀的精密度不同而引起的實驗誤差，又減少了反復調(diào)節(jié)溫度而造成的時間浪費。但是實驗時一定要注意節(jié)約溶液的使用，因為要進行兩次潤洗電導池，以免溶液不夠用。3、實驗不足：在紫外實驗時，沒有在進行進一步的實驗，應該在進行多設(shè)計幾組實驗濃度，進行測量，會實驗數(shù)據(jù)更接近事實。4、實驗誤差：(1)、母液定容時有氣泡產(chǎn)生并且超聲也沒有消失，會使母液本體中的溶液濃度偏低，從而產(chǎn)生了實驗誤差。(2)、配置不同溶度的溶液時可能存在著移取溶液的不準確，是配置的溶液又引入了誤差。(3)、在進行紫外實驗時，

18、加入的熒光黃不同或者熒光黃未能和溶液混合均勻也有可能引入實驗誤差。(4)、實驗得出的CTAB的CMC的值均與理論數(shù)據(jù)有一定的偏差，用紫外法測得偏小，而用電導法測得實驗結(jié)果偏大，實驗所用的母液是一個，應該是配置不同濃度的溶液時引入了較大的誤差，導致兩種實驗結(jié)果會出現(xiàn)嚴重的不一致。也有可能的加入的熒光黃染料影響了實驗結(jié)果。(5)、同是用電導法測得的不同溫度下的CTAB的CMC的值的值有些許的差別，因為差別較小，不知道是因為實驗誤差造成的實驗結(jié)果不一致，還是溫度的確對CTAB的CMC的值有影響。(不同溫度下測定電導率時所用的溶液是同一瓶溶液)(6)、儀器本身也存在誤差，且實驗作圖時也引入了大量誤差。八.注意事項1、電極在沖洗后必須擦干，以保證溶液濃度的準確，電極在使用過程中其極片必須完全浸入到所測的溶液中。2、為避免氣泡形成，保證表面活性劑完全