表面活性劑膠束濃度的共振光散射研究

1、 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第1頁表面活性劑膠束濃度的共振光散射研究摘要: 共振光散射技術(shù)（RLS）是一種新的分析方法,具有高靈敏度、良好的選擇性、簡(jiǎn)便的操作、安全無毒及便宜的試劑等優(yōu)點(diǎn)。而且，共振光散射的研究不需要專門的儀器, 在普通的熒光分光光度計(jì)上選擇合適的激發(fā)和發(fā)射通帶寬度, 采用相等的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)同時(shí)掃描激發(fā)和發(fā)射單色器所得的同步光譜(即=0), 即為光散射粒子的共振散射光譜。由于共振光散射光譜屬于同步光譜, 可看作散射粒子是能發(fā)射出與激發(fā)光相等波長(zhǎng)的發(fā)光體, 故而共振光散射信號(hào)屬于同步發(fā)光。本實(shí)驗(yàn)主要研究了表面活性劑十二烷基磺酸鈉（SDBS）、十六烷基三甲基溴化銨（

2、CTMAB）的水溶液和乙醇溶液的散射現(xiàn)象。結(jié)果表明，SDBS、CTMAB在水和乙醇中隨著體系的濃度增加而形成膠束，膠束的散射現(xiàn)象可以通過RLS信號(hào)的變化表征。而且，表面活性劑SDBS、CTMAB的乙醇溶液的CMC也可以通過同步散射光譜得出與文獻(xiàn)相近的數(shù)據(jù)。由此，RLS技術(shù)可以作為一種新的表面活性劑CMC的測(cè)定方法，但能否用于定量分析還有待研究。關(guān)鍵詞： 共振光散射技術(shù)，SDBS，CTMAB，熒光分光光度計(jì)，CMCAbstract: Resonance light scattering technique (RLS) is a new analysis technics with the adv

3、antages of high sensitivity, good selectivity, easy operation, safe and non-toxic , inexpensive reagents, etc. Moreover, the resonance light scattering study does not require special equipment, chooses a suitable excitation and emission band pass in a common fluorescence spectrophotometer, meanwhile

4、 adopts the same wavelengths of excitation and emission to scan excitation monochromator and 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第2頁emission monochromator， then obtains synchronization spectrum(namely = 0)which is the scattering spectra of the resonance light scattering particles. As a result of resonance light sca

5、ttering spectra is synchronization spectrum,which are considerd as light emitters of radiating excitation wavelengths that are the same as emission wavelengths , so the resonance light scattering signals are synchronous.The experimental mainly have studied the scattering phenomenon of surfactant sol

6、utions about SDBS and CTMAB in water or ethanol. The results show that SDBS and CTMAB in the water or ethanol both fome micelle with the increase of their concentrations,and the scattering phenomenon can be characterized by changed RLS signals .Morover, the surfactant solution of SDBS and CTMAB in t

7、he erhanol can get roughly the same results as literature by synchronous light scattering spectrum.therefore,RLS technique as a new way can be used to measure CMC of surfactants,but we need more studies to confirm whether it can be used for quantitative analysis of surfactants.Keywords:RLS, SDBS，CTM

8、AB,Fluorescence spetrophotometer,CMC 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第3頁目錄1 引言4 11 散射現(xiàn)象4 12 散射原理5 13 同步發(fā)光方程52實(shí)驗(yàn)部份6 21 實(shí)驗(yàn)藥品6 22 實(shí)驗(yàn)儀器7 23 實(shí)驗(yàn)樣品配制7 24 實(shí)驗(yàn)操作8 241 十二烷基磺酸鈉水溶液8 242 SDBS-乙醇水溶液8 243 十六烷基三甲基溴化銨CTMAB 8 244 CTMAB-乙醇溶液8 245 pH對(duì)十二烷基磺酸鈉水溶液的影響83結(jié)果與討論94結(jié)論16參考文獻(xiàn)18致謝附錄附錄一：文獻(xiàn)綜述附錄二：翻譯及原文 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第4頁1引言表面

9、活性劑CMC的測(cè)定方法在不斷豐富，常見的方法有測(cè)臨界膠束聚集數(shù)用的穩(wěn)態(tài)熒光探針法，測(cè)定反膠束溶液CMC用的正電子湮滅法、染料吸附法、介電增量法、1H NMR法，表面張力法，紫外吸收光度法，溶解度法，電導(dǎo)法，蒸汽壓法等。但是，他們有著自己各自的缺點(diǎn)，如：熒光探針法用的芘探針易燃有毒、萃滅劑二苯酮不穩(wěn)定，正電子湮滅法技術(shù)難度大，電導(dǎo)法的測(cè)量體系不能有過量的無機(jī)鹽或其他導(dǎo)電性較強(qiáng)的雜質(zhì)存在，染料吸附法中不同的表面活性劑需要不同的染料，而且不適應(yīng)非離子表面活性劑CMC的測(cè)定，等等。RLS技術(shù)的出現(xiàn)，它的高靈敏度、良好的試劑選擇性、簡(jiǎn)便操作、安全無毒和所用試劑便宜等優(yōu)點(diǎn)得到了廣大研究人員的重視，而且所需

10、要的儀器就是普通的熒光分光光度計(jì)。目前RLS技術(shù)除主要用于生物大分子的研究和測(cè)定,還廣泛用于痕量金量、表面活性劑、藥物的分析以及納米材料和血液方面的研究。文獻(xiàn)中已有記載，RLS成功應(yīng)用于蛋白質(zhì)分子的定量測(cè)定，包括分析了蛋白質(zhì)與不同表面活性劑發(fā)生作用形成了膠束，從而導(dǎo)致了RLS信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)或減弱。而表面活性劑自身也能團(tuán)聚形成膠束，在這個(gè)從小分子到膠束的過程中，可以推斷出，RLS信號(hào)也會(huì)隨著膠束濃度的增加而發(fā)生變化。11 光散射現(xiàn)象光散射現(xiàn)象廣泛存在于光與粒子的作用過程中，是指當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)在入射光方向以外的各個(gè)方向上所觀察到的光現(xiàn)象。它源于光電磁波的電場(chǎng)振動(dòng)而導(dǎo)致的分子中電子產(chǎn)生的受迫振動(dòng)所形成

11、的偶極振子。根據(jù)電磁理論，振動(dòng)著的偶極振子是一個(gè)二次波源，它向各個(gè)方向發(fā)射的電磁波就是散射波。光散射與介質(zhì)的不均勻性有關(guān)，除了真空之外的其它所有介質(zhì)都有一定程度的不均勻性，從而產(chǎn)生散射光，只是由于介質(zhì)中粒子大小不同，產(chǎn)生不同種類的散射。當(dāng)介質(zhì)中粒子直徑遠(yuǎn)大于入射光波長(zhǎng)（。）時(shí)，產(chǎn)生的散射可看成是反射和折射；如果介質(zhì)中 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第5頁粒子直徑與入射光波長(zhǎng)相近，便產(chǎn)生了丁達(dá)爾散射；如果介質(zhì)中粒子很小，如d20。時(shí)，便產(chǎn)生以瑞利散射為主的分子散射。分子散射是由于分子熱運(yùn)動(dòng)造成的局部密度漲落引起的。分子散射比達(dá)丁爾散射要弱得多。但是，即使十分純凈的液體和氣體都能產(chǎn)生分子

12、散射。根據(jù)入射光和散射光波長(zhǎng)的不同，光散射又可以分為彈性光散射、非彈性光散射和準(zhǔn)彈性光散射。其中彈性光散射又稱為經(jīng)典散射或靜態(tài)散射。瑞利散射是d20。的彈性散射，渾濁介質(zhì)的丁達(dá)爾散射和透明介質(zhì)的分子散射都是彈性散射。發(fā)射光波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)不同的瑞利散射是光與分子振動(dòng)交換能量的非彈性散射，而瑞利散射是由于熱聲波引起的非彈性散射。對(duì)多原子分子或基團(tuán)，熒光是高能電子激發(fā)態(tài)躍遷到電子基態(tài)中的各振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的電子振動(dòng)躍遷而形成的寬帶發(fā)射譜，所以在共振光散射測(cè)定中，熒光將產(chǎn)生干擾。對(duì)于入射光頻率和發(fā)射光頻率僅有微小差別的準(zhǔn)彈性散射，是由于散射質(zhì)點(diǎn)不停的做布朗運(yùn)動(dòng)所引起的多普勒效應(yīng)使散射光頻率以入射光頻率

13、為中心而展寬，即動(dòng)態(tài)光散射。12 散射原理當(dāng)光射入分散體系中，只有一部分光線能夠自由通過，另一部分被吸收、散射或者反射。對(duì)光的吸收主要取決于體系的化學(xué)組成，而散射和反射的強(qiáng)弱與質(zhì)點(diǎn)大小有關(guān)。低分子真溶液的散射極弱；質(zhì)點(diǎn)大小在膠體范圍內(nèi)，則發(fā)生明顯的散射現(xiàn)象，即通常說的光散射；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)直徑遠(yuǎn)大于入射波長(zhǎng)時(shí)（如懸浮體），則主要發(fā)生反射，體系呈渾濁。如果用超顯微鏡用聚光器將強(qiáng)烈的光線經(jīng)由細(xì)縫投射在高倍率顯微鏡下面的膠體溶液。若使顯微鏡與光線成直角，可以觀察到普通顯微鏡無法看到的膠體粒子存在及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以觀察到10-8米的任何顆粒的形狀。熒光分光光度計(jì)中RLS信號(hào)強(qiáng)弱，正是在檢測(cè)器與單色器成90度這

14、個(gè)條件下觀察到的。13 同步發(fā)光方程共振散射光是源于等波長(zhǎng)入射光激發(fā)散射粒子時(shí)產(chǎn)生的，因此散射粒子實(shí)際上是能發(fā)射出與激發(fā)光波長(zhǎng)相等的新發(fā)光體，故而共振光散射信號(hào)屬于同步發(fā)光信號(hào)。根據(jù)同步發(fā)光方程: 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第6頁ISL = KcbEex (ex) Eem (ex +) (1) 式(1)中Eex是在給定激發(fā)光波長(zhǎng)處(ex =em - ) 的激發(fā)函數(shù), Eem是在對(duì)應(yīng)的發(fā)射波長(zhǎng)處(em =ex +) 的發(fā)射函數(shù), K 是與儀器條件有關(guān)的常數(shù), b 是液池厚度。當(dāng)=0 時(shí), 即得共振光散射強(qiáng)度為IRLS = KcbEex (ex) Eemex (2)由公式(2) 可知

15、在儀器條件一定時(shí), 共振光散射強(qiáng)度與散射粒子的濃度c 成正比, 據(jù)此可以用于散射粒子的分析測(cè)定。2 實(shí)驗(yàn)部分21 實(shí)驗(yàn)藥品 十二烷基磺酸鈉（Dodecyl sulfonic acid sodium salt，SDBS，分析純）（上海盛眾精細(xì)化工有限公司，上海）是洗潔精的主要成分。 分子式：CH3（CH2）10 CH2SO3Na分子量：272.38性 狀： 白色或淺黃色結(jié)晶或粉末。易溶于水；溶于熱乙醇；和微溶于乙醚；不溶于石油醚。密封保存。熔點(diǎn)：300 。有特殊氣味。在濕熱空氣中分解。十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB，分析純）（上海金山經(jīng)緯化工有限公司，上海）是一種陽離子去污劑。分子式 C16H

16、33(CH3)3NBr 分子量 364.446 熔點(diǎn): 250-237 水溶性 13 g/L (20°C) 純度(含量) 99% 性質(zhì):本品呈白色或淺黃色結(jié)晶體至粉末狀，易溶于異丙醇，可溶于水,震蕩時(shí)產(chǎn)生大量泡沫，能與陽離子、非離子、兩性表面活性劑有良好的配伍性。本品化學(xué)穩(wěn)定性好，耐熱、耐光、耐壓、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿。 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第7頁磷酸（H3PO4，85%） 硼酸（B(OH)3，分析純）分子量：61.83冰乙酸（C2H4O2，分析純）分子量：60.05氫氧化鈉（NaOH，分析純）分子量：40.00Britton-Robinson緩沖液：磷酸、硼酸和冰乙酸均為

17、0.04 mol/L，混合，用0.2mol/L NaOH調(diào)節(jié)所需的pH緩沖液無水乙醇，去離子水22 實(shí)驗(yàn)儀器:970CRT熒光分光光度計(jì)，1cm玻璃比血皿23溶液樣品的配制（1） 1.0×10-1mol/L SDBS：分析天平稱取2.7238g SDBS,用蒸餾水溶解并稀釋到100mL的容量瓶中。1.0×10-2mol/L SDBS：移取10ml10-1mol/LSDBS稀釋成100ml。（2）分別用移量管移取2.00，2.50，5.00，7.50，10.0，12.50，15.00ml的1.0×10-2mol/L SDBS到25ml的容量瓶中,用蒸餾水稀釋到刻度,

18、形成0.8×10-3,1.0×10-3,2.0×10-3,3.0×10-3,4.0×10-3,5.0×10-3 ，6.0×10-3mol/L SDBS系列溶液。其中5.0×10-3、6.0×10-3mol/L SDBS有晶體析出，棄置不用。（3）分別移取2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0，5.5ml 10-1mol/L SDBS到10ml容量瓶中，用乙醇稀釋，配制成20×10-3，25×10-3，30×10-3，35×10-3，40×1

19、0-3，45×10-3，50×10-3，55×10-3mol/L SDBS的乙醇溶液。其中，45×10-3、50×10-3、5×10-3mol/L SDBS的乙醇溶液中有顆粒析出，不能作為實(shí)驗(yàn)測(cè)量對(duì)象。（4）稱0.1822g CTMAB，配制成50ml 0.01mol/L的CTMAB水溶液 （5）移取0.50，0.75，1.00，1.25，1.50，1.75，2.00ml 0.01mol/L的CTMAB水溶液,用水稀釋到50ml的容量瓶中，所得溶液的濃度分別為10.0×10-5,15.0×10-5,20.0

20、5;10-5,25.0×10-5,30.0×10-5,35.0×10-5,40.0×10-5mol/L。其中40.0× 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第8頁10-5mol/L的CTMAB水溶液中有晶體析出。（6）10-4mol/L CTMAB-乙醇：1ml 0.01mol/L的CTMAB到100ml的容量瓶中，用乙醇稀釋到刻度。配制CTMAB-乙醇系列溶液：分別移取1.00ml，5.00ml，6.00ml，7.00ml，8.00ml，9.00ml10-4mol/L CTMAB-乙醇,用無水乙醇稀釋成10.00ml。（7）按比例配制BR

21、緩沖溶液，用酸度計(jì)調(diào)試pH。得到pH分別為3.0，4.0，5.0，6.0的BR緩沖液。 其中測(cè)量過程中，SDBS與BR以體積比1：1搖勻測(cè)量。24實(shí)驗(yàn)操作 2.41 測(cè)定十二烷基磺酸鈉SDBS水溶液的RLS信號(hào)：通過調(diào)試設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件縫寬5nm、靈敏度3，分別測(cè)量濃度為0.8×10-3，1.0×10-3，2.0×10-3，3.0×10-3，4.0×10-3，5.0×10-3mol/L的SDBS的共振光散射信號(hào)。 2.42 測(cè)定SDBS-乙醇水溶液的RLS信號(hào)：實(shí)驗(yàn)條件縫寬5nm，靈敏度2，測(cè)量SDBS-乙醇水溶液濃度分別為20×

22、;10-3，25×10-3，30×10-3，35×10-3，40×10-3，45×10-3mol/L。2.43 測(cè)定CTMAB水溶液的RLS信號(hào)：CTMAB水溶液的濃度分別為10.0×10-5,15.0×10-5,20.0×10-5,25.0×10-5,30.0×10-5,35.0×10-5mol/L，實(shí)驗(yàn)條件縫寬5nm，靈敏度分別為3、1、1、2、2、2。2.44 測(cè)定CTMAB-乙醇溶液的RLS信號(hào)：實(shí)驗(yàn)條件縫寬5nm，靈敏度3，CTMAB-乙醇的濃度分別為1.00×10

23、-5，5.00×10-5，6.00×10-5，7.00×10-5，8.00×10-5，9.00×10-5 mol/L。2.45 BR緩沖液對(duì)SDBS水溶液的影響：縫寬5nm，靈敏度3，SDBS濃度5.0×10-3 mol/L（該濃度的SDBS水溶液RLS信號(hào)的測(cè)定所需靈敏度為2，而不是3，選擇5.0×10-3 mol/LSDBS不觀察pH的影響，是因?yàn)樗姆€(wěn)定性和所需條件較低）在BR的pH分別是3.0，4.0，5.0，6.0時(shí)的RLS信號(hào)。 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第9頁注意：所有測(cè)定均為同步掃描Ex：300

24、-800nm，Em：300-800nm。平行測(cè)定3-4次，結(jié)果取平均值。3.結(jié)果與討論3.1十二烷基磺酸鈉水溶液 十二烷基水溶液配制2h后，進(jìn)入測(cè)量。每組數(shù)據(jù)平衡測(cè)量4次，其中第一個(gè)數(shù)據(jù)在樣品放入比血皿中1min后開始測(cè)量。實(shí)驗(yàn)條件為縫寬均為5nm，靈敏度3，同步掃描，波長(zhǎng)范圍300nm-800nm。取平均值，做圖1，得到不同濃度下的SDBS的共振光散射信號(hào)。從圖中可以看出，最高峰在607.8nm處，且隨著濃度的增加，峰值也在增加。在760.9nm處還有一個(gè)很小的峰，峰值變化同于最高峰處的變化。其中，當(dāng)SDBS水溶液濃度達(dá)到2.0×10-3mol/L時(shí)，突躍最大。從而可以推導(dǎo)出，SD

25、BS水溶液的CMC應(yīng)該在2.0×10-3mol/L附近，因?yàn)槲镔|(zhì)從分子聚集成膠束的時(shí)候粒子性非常明顯，從而當(dāng)散射光通過體系時(shí)會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的散射現(xiàn)象。從圖可知，3.0×10-3mol/L的SDBS共振光散射信號(hào)最強(qiáng)，即粒子性最強(qiáng)。但是再隨著濃度的增加，粒子的RLS信號(hào)開始慢慢變?nèi)酰@可能是由于粒子顆粒變大，出現(xiàn)了較強(qiáng)的反射現(xiàn)象。從圖2，做兩段曲線的切線，相交于2.0×10-3mol/L附近。所以，SDBS水溶液的CMC=2.0×10-3mol/L。與文獻(xiàn)CMC相同。 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第10頁 圖1 SDBS水溶液的RLS信號(hào)強(qiáng)度變化，

26、最高峰的濃度從上到下依 次為3.0×10-3,4.0×10-3,2.0×10-3,1.0×10-3,0.8×10-3mol/L。 圖2 不同濃度的SDBS最高峰的變化趨勢(shì)，兩條曲線上的點(diǎn)從左到右濃度依次增加，分別為：0.8×10-3,1.0×10-3,2.0×10-3,3.0×10-3,4.0×10-3mol/L。242 SDBS-乙醇水溶液圖3是SDBS-乙醇水溶液在不同濃度下的RLS信號(hào)變化。從圖3可以看出，RLS信號(hào)隨著濃度的增加而增加，而且在25×10-3mol/L處發(fā)生了很大

27、的突躍。由此可知，SDBS乙醇水溶液在此濃度形成了膠束。由圖4可以得到一個(gè)結(jié)論，SDBS乙醇水溶液的RLS信號(hào)隨著濃度的增加表現(xiàn)出線性關(guān)系：y = 23.396x - 466.24， 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第121頁R2 = 0.9634。同樣的，SDBS乙醇水溶液的最大強(qiáng)收峰在604.7nm,而且在760.9nm波長(zhǎng)也有一個(gè)隨濃度增加而升高的峰。兩個(gè)不同波長(zhǎng)處峰值的變化，正是由于SDBS在乙醇水體系中形成了膠束，而且顆粒逐漸增大。相比于單純的SDBS水溶液的共振光譜來說，加入乙醇有利于SDBS的增溶，而且也使得體系的穩(wěn)定性變得更加良好。這可能是因?yàn)镾DBS的結(jié)構(gòu)決定的。SD

28、BS是陽離子表面活性劑，水溶液中，由于SDBS相互團(tuán)聚形成膠束而表現(xiàn)出粒子性；醇水溶液中，相對(duì)來說，減弱了SDBS相互間的作用。這個(gè)環(huán)境能使SDBS增溶，是因?yàn)樾纬傻哪z束大小不同。雖然仍然只是SDBS相互團(tuán)聚才表現(xiàn)出的顆粒性，但是醇水體系相對(duì)密度比水小，膠束粒子運(yùn)動(dòng)受到的阻力更小，所要消耗的吉布斯自由能變小。也可能是因?yàn)榇妓w系比水的折射率小，從而增大了膠束粒子與價(jià)質(zhì)的折射率差值，因此表現(xiàn)出較強(qiáng)的散射光RLS信號(hào)強(qiáng)度。SDBS乙醇水溶液的CMC=25×10-3mol/L。文獻(xiàn)中沒有找到相關(guān)的CMC。圖3 SDBS-乙醇水溶液RLS信號(hào)強(qiáng)度，濃度從下到上依次為20×10-3，

29、25×10-3，30×10-3，35×10-3，40×10-3mol/L 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第132頁圖4 SDBS醇水溶液最強(qiáng)峰的線性關(guān)系，從左到右濃度依次增加243十六烷基三甲基溴化銨CTMAB CTMAB是一種陰離子表面活性劑，它的分子式為 C16H33(CH3)3NBr，分子量364.45?？扇苡谒?震蕩時(shí)產(chǎn)生大量泡沫。本課題研究了濃度分別為10×10-5，15×10-5，20×10-5，25×10-5，30×10-5，35×10-5mol/L的CTMAB的共振光散

30、射情況。但是幾乎每一種濃度的CTMAB測(cè)量出RLS信號(hào)所需的條件不一樣。只有一種大概的變化趨勢(shì)，談不上有規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)重復(fù)做了4次，結(jié)論基本相同。隨著CTMAB濃度的增加，總體大的變化是RLS信號(hào)增強(qiáng)了，且在15×10-5mol/L處達(dá)到了最高峰。但之后出現(xiàn)一個(gè)低谷，接著又出院一個(gè)小的峰，然后再降下去。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，的確出現(xiàn)了膠束粒子，而且從10×10-5mol/L到15×10-5mol/L，中間出現(xiàn)了2個(gè)靈敏度的差距。文獻(xiàn)中，常溫下，十六烷基三甲基溴化銨的CMC=9.12×10-5mol/L。由此，只能確定CTMAB的CMC數(shù)量級(jí)相同，數(shù)值相近。至于為何

31、出現(xiàn)如此大的突躍以及RLS信號(hào)隨著濃度增加出現(xiàn)波浪式的變化，沒有找到有利的證據(jù)。我想，可能是由于CTMAB從小分子狀態(tài)變成膠束粒子的過程中，形成的粒子直徑很大，達(dá)到幾個(gè)甚至幾十個(gè)納米。分子狀態(tài)CTMAB呈直鋸齒狀，而N-端因呈立體結(jié)構(gòu)而顯得較大，電離出Br-后的N-端帶正電荷，與水形成氫鍵。隨著CTMAB單位體積中質(zhì)點(diǎn)的增多，通過氫鍵作用抱在一起的CTMAB分子大量增加，從而使它的膠束粒子直徑迅速變大。這也就能解釋為什么在10×10-5mol/L到15× 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第143頁10-5mol/L如此小的濃度差范圍內(nèi)，出現(xiàn)了2個(gè)靈敏度的差距。但是共

32、振光散射強(qiáng)度與粒子的大小息息相關(guān)。當(dāng)粒子達(dá)到一定程度的時(shí)候，粒子表現(xiàn)為反射、折射，從而導(dǎo)致了體系的RLS信號(hào)削弱。前文中提到過，粒子的折射率與周圍介質(zhì)的折射率相差越大，粒子的散射光越強(qiáng)。當(dāng)粒子反射的光越來越多的時(shí)候，RLS信號(hào)就非常弱了。所以，在后面的幾個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)中，靈敏度增加了，RLS相應(yīng)出現(xiàn)上升的變化，但沒增加多少又迅速削弱了。244 CTMAB-乙醇溶液在恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)條件下測(cè)量取平均值，繪制了圖5、圖6。圖5 CTMAB乙醇溶液RLS信號(hào)峰隨濃度的變化.最高峰濃度從上到下，依次遞減。 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第154頁 圖6 相同散射波長(zhǎng)處不同濃度的CTMAB乙醇溶液的RL

33、S信號(hào)強(qiáng)度變化，從左到右，6個(gè)點(diǎn)的濃度分別為1×10-5，5×10-5，6×10-5，7×10-5，8×10-5，9×10-5mol/L。從圖5可以得出結(jié)論，隨時(shí)著濃度的增加，CTMAB乙醇溶液的RLS信號(hào)增強(qiáng)。在9×10-5mol/L達(dá)到最大值，并且從8×10-5mol/L發(fā)生了較大有突躍。從圖5中還可以看出，共振光散射峰最大的波長(zhǎng)在607.8nm處，同時(shí)，在760.9nm和 401.6nm都出現(xiàn)了一個(gè)峰，變化趨勢(shì)都是隨著CTMAB-乙醇體系濃度的增加而使得它們所表現(xiàn)出來的RLS信號(hào)增強(qiáng)。最明顯的是401.6nm

34、的峰，從1×10-5mol/L處平坦到9×10-5mol/L處一個(gè)大峰的變化，可以看出，CTMAB-乙醇體系發(fā)生了明顯的變化。結(jié)合圖6可知，CTMAB在乙醇溶液中的CMC=8×10-5mol/L，所以在該濃度處發(fā)生了RLS信號(hào)的突變和9×10-5mol/L濃度的CTMAB多出了一個(gè)明顯的峰，正是膠束形成的有力證據(jù)。為什么會(huì)在401.6nm表現(xiàn)出較強(qiáng)的RLS信號(hào)強(qiáng)度？這是因?yàn)槟z束的散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的4次方成反比，即波長(zhǎng)越短的光越容易被散射。而膠束自始至終，都是一個(gè)同步發(fā)光體。245 pH對(duì)十二烷基磺酸鈉SDBS的影響在縫寬5nm，靈敏度3的實(shí)驗(yàn)條件下

35、，研究了BR緩沖液pH=3、4、5、6對(duì)5.0×10-3mol/LSDBS的影響。 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第165頁圖7 BR緩沖液對(duì)SDBS的影響。從上到下，分別是pH=3，4，5，6時(shí)的RLS信號(hào)。從圖7可以看出，隨著BR緩沖液酸性的減弱，SDBS的RLS信號(hào)減弱。這表明酸性環(huán)境有利于SDBS間的相互作用。但是根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)，5.0×10-3mol/L SDBS的測(cè)量是在縫寬5nm、靈敏度2的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定的。而本實(shí)驗(yàn)是在縫寬5nm，靈敏度3的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的。由此可知，酸性環(huán)境在一定程度上酸性的增強(qiáng)有利于SDBS的團(tuán)聚結(jié)合，但是仍然是抑制SDBS的團(tuán)

36、聚結(jié)合的。這是因?yàn)樗嵝詶l件下一方面SDBS的團(tuán)聚結(jié)合受到抑制，另一方面酸性環(huán)境有利于SDBS膠束的穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)中RLS信號(hào)最強(qiáng)處的波長(zhǎng)為606.3nm，還有一個(gè)小峰在762.5nm處。pH對(duì)測(cè)定體系的影響只做了BR對(duì)SDBS的影響這一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這是因?yàn)楸狙芯空n題的主要目的是利用RLS技術(shù)來測(cè)定表面活性劑的CMC。從大多數(shù)文獻(xiàn)可以看出，無論加入什么額外的試劑，只要測(cè)量體系變化了，測(cè)量結(jié)果多多少少是有影響的，這是因?yàn)樘砑拥奈镔|(zhì)影響了表面活性劑的穩(wěn)定性和部分化學(xué)性質(zhì)。但是合適的pH環(huán)境對(duì)體系一般起到增溶或增加穩(wěn)定性的效果。從這點(diǎn)來看，pH對(duì)于不太穩(wěn)定的純體系或混合體系都是有利的。而對(duì)于本實(shí)驗(yàn)來說，pH

37、環(huán)境僅作為了一個(gè)參考影響因素。246 時(shí)間和溫度等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響常溫下溫度的變化對(duì)本實(shí)驗(yàn)有一定的影響，主要表現(xiàn)為溫度影響了表面活性劑的溶解度以及對(duì)膠束粒子的熱運(yùn)動(dòng)的影響。所以，本實(shí)驗(yàn)已盡力避免了溫度對(duì) 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第176頁測(cè)量的干擾。為了消除時(shí)間對(duì)測(cè)量的干擾，測(cè)量溶液都是配制好至少2小時(shí)后才使用的，而且在倒入玻璃比色皿后在檢測(cè)器內(nèi)靜止1分鐘后才開始測(cè)量，每個(gè)樣品，連續(xù)測(cè)量三到四次。一般來說，散射信號(hào)會(huì)隨著粒子的布朗運(yùn)動(dòng)、沉降而發(fā)生變化，加上所用的兩種表面活性劑的水溶液在常溫下較大濃度時(shí)不大穩(wěn)定，所以幾乎難以得到相同的結(jié)果。所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是幾次測(cè)量后取的平均值。4

38、結(jié)論本實(shí)驗(yàn)主要研究了陽離子表面活性劑SDBS、陰離子表面活性劑CTMAB在水溶液、醇溶液中膠束濃度的變化。從圖1、圖2可以看出SDBS水溶液的RLS信號(hào)變化，隨著濃度的增大，RLS信號(hào)增強(qiáng)并且在濃度為3.0×10-3mol/L時(shí)達(dá)到最大值，隨后因?yàn)槟z束粒子直徑較大產(chǎn)生折射、反射而使得RLS信號(hào)削弱。并可以根據(jù)圖得出SDBS水溶液的CMC=2.0×10-3mol/L，與文獻(xiàn)結(jié)果相同。從圖3、圖4可以看出SDBS乙醇水溶液的濃度對(duì)RLS信號(hào)的影響，在一定的范圍內(nèi)，體系的濃度和RLS信號(hào)有線性關(guān)系：y = 23.396x - 466.24，R2 = 0.9634，滿足同步發(fā)光方程

39、。醇對(duì)SDBS有增溶效果。CTMAB的醇溶液也有比較好的RLS光譜圖。從圖5、圖6有，CTMAB醇溶液的CMC=8×10-5mol/L，這個(gè)結(jié)果從圖中可以非常直觀地得到。但是CTMAB顯得有些特殊了，只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到一個(gè)大概的結(jié)論，而無法用圖示表達(dá)。BR與SDBS水溶液以體積比1：1混合，得到結(jié)果：緩沖溶液的添加抑制了表面活性劑SDBS間的相互結(jié)合作用，但卻使SDBS體系更加穩(wěn)定，從而導(dǎo)致了增強(qiáng)酸性可以得到較好的RLS信號(hào)，即膠束在酸性環(huán)境中更穩(wěn)定且有一定的變化趨勢(shì)。根據(jù)文獻(xiàn)，一般通過添加緩沖液改變體系的pH值都可以使得表面活性劑的相互作用受到抑制，但是比單純的水溶液更穩(wěn)定?？偠灾緦?shí)驗(yàn)雖然只簡(jiǎn)單的研究了一種陽性表面活性劑、一種陰離子表面活性劑，但是卻可以從中得到一個(gè)結(jié)論共振光散射技術(shù)（RLS）確實(shí)可以用來測(cè)量表面活性劑的臨界膠束濃度CMC。雖然有些物質(zhì)因?yàn)榉€(wěn)定性不夠好，容易受到環(huán)境因素的干擾等，但是，用RLS技術(shù)可以比較簡(jiǎn)單的得到CMC。而且從圖譜中還可以很直觀地看出表面活性劑的濃度會(huì)改變RLS信號(hào)強(qiáng)度。雖然共振光散射技 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文 第187頁術(shù)是用普通的熒光分光光度計(jì)進(jìn)行同步掃描，但是并不符合同步發(fā)光方程。這是因?yàn)橥桨l(fā)光方程只適應(yīng)于低濃度的物質(zhì)，物質(zhì)的濃度與R