正負(fù)離子表面活性劑混合體系雙水相性質(zhì)的測(cè)定

正負(fù)離子表面活性劑混合體系雙水相性質(zhì)的測(cè)定應(yīng)化081房輝摘要：通過(guò)對(duì)一定濃度雙水相吸光度的測(cè)定,研究了SDS/CTAB/H2O/Na2SO4混合系統(tǒng)雙水相對(duì)羅丹明B的萃取作用。結(jié)果表明:溶液配的配比是能否出現(xiàn)雙水相的關(guān)鍵所在，溫度對(duì)混合體系雙水相的穩(wěn)定性有重要影響。

關(guān)鍵詞:SDSCTAB雙水相吸光度羅丹明B萃取正負(fù)離子表面活性劑混合系統(tǒng)的水溶液在適當(dāng)條件下能夠形成兩個(gè)互不相溶的水相系統(tǒng),這種系統(tǒng)稱為表面活性劑雙水相系統(tǒng)【1】(ATPS)。近幾年雙水相系統(tǒng)在理論領(lǐng)域【2,3】和應(yīng)用領(lǐng)域【4,5】中被極大地關(guān)注。由于表面活性劑溶液中的膠束結(jié)構(gòu)在不同的條件下組裝形式不同,這使得表面活性劑雙水相系統(tǒng)對(duì)物質(zhì)萃取的選擇性具有可調(diào)節(jié)性。利用該系統(tǒng)萃取生物大分子物質(zhì)如牛血清蛋白、胰蛋白酶等的研究已有報(bào)道【4-6】。正負(fù)離子表面活性劑雙水相體系是最近幾年才被重視并研究的分相體系。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究十二烷基硫酸鈉(SDS)/十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)/水混合體系在鹽存在時(shí)的相行為、雙水相分相時(shí)間以及雙水相對(duì)大分子物質(zhì)羅丹明B的萃取作用,揭示影響物質(zhì)在正負(fù)離子表面活性劑雙水相中分配系數(shù)的主要因素,進(jìn)而討論影響正負(fù)離子表面活性劑雙水相萃取作用的主要因素。1實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器與試劑電子天平；磁力加熱攪拌器；721型分光光度計(jì)；厚度規(guī)格0.5cm、1.0cm比色皿若干；干燥器；恒溫水浴箱；塑料保鮮膜；剪刀；橡皮筋12個(gè)；圓柱形玻璃小瓶12個(gè)；玻璃棒4根；長(zhǎng)吸管一支；注射器2支；100ml燒杯14個(gè)；250ml燒杯2個(gè)；100ml容量瓶2個(gè)；500ml容量瓶1個(gè)；5ml移液管2支；10ml移液管2支；刻度尺1把；洗耳球1個(gè)。SDS（分析純，99%）；CTAB（分析純，99%）；Na2SO4（分析純，99%）；10-mol/L羅丹明B；蒸餾水。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1儀器準(zhǔn)備將12個(gè)100ml小燒杯、2支注射器、比色皿洗滌干凈后，放入干燥箱中干燥，備用。1.2.2溶液配制1.2.2.1用電子天平準(zhǔn)確稱取14.243gNa2SO4固體，于100ml燒杯中加入一定量蒸餾水溶解，將磁子放入，放在磁力加熱攪拌器上加熱攪拌，使其充分溶解后轉(zhuǎn)移至500mL容量瓶中，加蒸餾水定容、搖勻，得到0.2mol/l的Na2SO4溶液。1.2.2.2準(zhǔn)確稱取5.768gSDS粉末，取配好的0.2mol/l的Na2SO4溶液40-50ml倒入100ml燒杯中，并將燒杯置于磁力加熱攪拌器上加熱攪拌。緩慢加入SDS，使其溶解。全部溶解后轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，并將容量瓶置于40℃1.2.2.3準(zhǔn)確稱取7.290gCTAB粉末，按步驟2配制溶液。1.2.3配制雙水相【10】1.2.3.1SDS和CTAB均恒溫滿15min后，用移液管移取2.1mLSDS和7.9mLCTAB于100mL小燒杯中，再滴加5滴羅丹明B。用玻璃棒快速攪勻，立即倒入圓柱形小瓶中，用塑料保鮮膜及橡皮筋封口，記錄樣品現(xiàn)象。1.2.3.2迅速將圓柱形小瓶放入恒溫箱中恒溫2h。1.2.3.3按照步驟1、2依下表比例移取溶液，配制其他11組混合液。并放入40℃表1SDS/CTAB體積比例表序號(hào)123456789101112SDS體積/mL2.12.22.32.42.52.67.07.17.27.37.47.5CTAB體積/mL7.97.87.77.67.57.43.02.92.82.72.62.51.2.3.4觀察雙水相形成過(guò)程，2h后雙水相達(dá)到平衡，記錄下各個(gè)小瓶樣品現(xiàn)象。1.2.4測(cè)定吸光度1.2.4.1取出1個(gè)出現(xiàn)雙水相的圓柱形小瓶，用直尺測(cè)量上下相高度，記作、，然后放入恒溫水浴中恒溫。1.2.4.2調(diào)節(jié)分光光度計(jì)。打開儀器開關(guān)，預(yù)熱20min。將靈敏度調(diào)至1檔，波長(zhǎng)為553nm，將暗箱蓋打開，調(diào)節(jié)透光率為0。將盛有蒸餾水的比色皿放入暗箱，蓋上箱蓋，調(diào)節(jié)透光率為100。再打開箱蓋調(diào)0，再蓋上箱蓋調(diào)100。反復(fù)調(diào)節(jié)。1.2.4.3用注射器吸取上相溶液，若溶液顏色很淺，直接放入0.5cm比色皿中，測(cè)其吸光度；若溶液顏色深，較粘稠，則先稱量100mL小燒杯中質(zhì)量，去皮。再將溶液放入，記下質(zhì)量m1。加一定量蒸餾水稀釋，再記下質(zhì)量m2。將稀釋后溶液倒入比色皿中，測(cè)其吸光度。吸光度在0.1-0.4之間即可，若吸光度大于0.4，繼續(xù)稀釋至吸光度在0.1-0.4范圍內(nèi)，記錄吸光度值，并計(jì)算其稀釋倍數(shù)。1.2.4.4按步驟3測(cè)下相吸光度及稀釋倍數(shù)并記錄。1.2.41.2.4.6關(guān)閉電源，整理儀器。1.3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表2恒溫前后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表序號(hào)恒溫前現(xiàn)象恒溫后現(xiàn)象1粉紅色懸濁液液體分上下兩相，上相分別紅色乳狀物且體積較大，下相為澄清溶液體積較小2粉紅色懸濁液同實(shí)驗(yàn)前無(wú)明顯變化3粉紅色懸濁液液體分上下兩相，上相分別紅色乳狀物且體積較大，下相為澄清溶液體積較小4粉紅色懸濁液液體分上下兩相，上相分別紅色乳狀物且體積較小，下相為澄清溶液體積較大5粉紅色懸濁液液體分上下兩相，上相分別紅色乳狀物且體積較大，下相為澄清溶液體積較小6粉紅色懸濁液液體分上下兩相，上相分別紅色乳狀物且體積較大，下相為澄清溶液體積較小7粉紅色粘稠乳狀液同實(shí)驗(yàn)前無(wú)明顯變化8粉紅色粘稠乳狀液同實(shí)驗(yàn)前無(wú)明顯變化9粉紅色粘稠乳狀液同實(shí)驗(yàn)前無(wú)明顯變化10粉紅色粘稠乳狀液同實(shí)驗(yàn)前無(wú)明顯變化11粉紅色粘稠乳狀液同實(shí)驗(yàn)前無(wú)明顯變化12粉紅色粘稠乳狀液同實(shí)驗(yàn)前無(wú)明顯變化

1.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1.4.1根據(jù)A=KbC，其中k為吸光系數(shù)，單位L/(g·cm),b為液層厚度（通常為比色皿的厚度），單位cm，c為溶液濃度，單位mol/l求的分配系數(shù)DD===1.4.2萃取效率E===100%表3出現(xiàn)雙水相實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)/cm/cm

13.801.10操作出錯(cuò)1.0操作出錯(cuò)操作出錯(cuò)34.051.007.71.00.190.1641.301.8012.81.00.090.4253.301.007.51.00.350.4764.350.50操作出錯(cuò)1.0操作出錯(cuò)操作出錯(cuò)表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表序號(hào)分配系數(shù)D萃取效率E39.1397.4%42.7466.4%55.5594.8%

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果在編號(hào)1-12的圓柱形小瓶之中，只有CTAB過(guò)量的陽(yáng)離子雙水相區(qū)中的1、3、4、5、6號(hào)小瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)雙水相，且4號(hào)瓶最明顯。陰離子雙水相區(qū)并沒有出現(xiàn)雙水相現(xiàn)象。測(cè)定吸光度時(shí)溫度不同，測(cè)得通體樣品的吸光度也不同。經(jīng)過(guò)對(duì)分配系數(shù)與萃取綠的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，萃取率與分配系數(shù)成正比，分配系數(shù)越大，萃取率越高。另外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將混合體系從干燥箱中取出后不久，體系中出現(xiàn)白色乳狀物，放回干燥箱后，體系又回復(fù)原有的透明均相狀態(tài)。推之，溫度對(duì)混合體系的穩(wěn)定性有重要影響。2.2理論分析圖1為SDS/CTAB/H2O系統(tǒng)含Na2SO4時(shí)的擬三元相圖【8.9】。在相圖中存在兩個(gè)ATPS區(qū)，根據(jù)各區(qū)表面活性劑配比的差異，分別稱為陰離子雙水相區(qū)(ATPSa)與陽(yáng)離子雙水相區(qū)(ATPSc)。對(duì)于ATPSa區(qū)，由于陰離子表面活性劑SDS過(guò)量，混合表面活性劑帶負(fù)電；對(duì)于ATPSc區(qū)，陽(yáng)離子表面活性劑CTAB過(guò)量，混合表面活性劑帶正電。由于兩個(gè)ATPS區(qū)的雙水相組成及微觀結(jié)構(gòu)的差異，它們的萃取分離行為是不同的。根據(jù)圖2羅丹明B的結(jié)構(gòu)式【7】，分子中有親水基與疏水基?？渴杷c表面活性劑有序組合體的疏水區(qū)的親和作用，羅丹明B易于被萃取到ATPS的富表面活性劑相中，所以ATPSa區(qū)與ATPSc區(qū)雙水相對(duì)羅丹明B均具有萃取作用。對(duì)于SDS/CTAB/H2O/Na2SO4的雙水相系統(tǒng)，其pH在中性范圍，羅丹明B在ATPS中以兩性離子形式存在。但圖2.羅丹明B結(jié)構(gòu)式由于N上的正電荷受兩個(gè)基團(tuán)的屏蔽作用，正電作用減弱，相對(duì)地羧基上的負(fù)電荷作用增強(qiáng)，整個(gè)羅丹明B離子表現(xiàn)為帶負(fù)電，它更易于同陽(yáng)離子雙水相區(qū)帶正電的有序組合體結(jié)合，所以羅丹明B在陽(yáng)離子雙水相中的分配系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在陰離子雙水相中分配系數(shù)。在陰離子雙水相中，帶負(fù)電的羅丹明B與帶負(fù)電的有序組合體間有靜電排斥作用，但由于羅丹明B的凈負(fù)電性很弱，所以這種排斥作用不足以完全克服兩者疏水基間的親和作用，不能使羅丹明B從富表面活性劑相上完全掙脫出來(lái)，而只是部分地降低兩者之間的結(jié)合程度，所以ATPSa區(qū)對(duì)羅丹明B仍具有一定的萃取作用，但較ATPSc區(qū)較弱。2.3實(shí)驗(yàn)失敗原因分析2.3.1在溶液配制過(guò)程中，SDS僅出現(xiàn)些許泡沫，配制的實(shí)際濃度與理論濃度之間存在誤差；CTAB隨著配制時(shí)間推移黏度越來(lái)越大，在移取過(guò)程中有很較大量的殘留，使其配制有較大誤差。2.3.2實(shí)驗(yàn)室溫度偏低可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)誤差。2.3.3實(shí)驗(yàn)中沒有出現(xiàn)陰離子雙水相區(qū)，溶液配比可能存在問題。2.3.4在測(cè)定吸光度過(guò)程中，對(duì)上下相的稀釋倍數(shù)可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)誤差。

3.結(jié)論3.1溫度對(duì)混合體系的穩(wěn)定性有重要影響；溶液配制和移取是造成本次實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因。3.2物質(zhì)帶負(fù)電，其在陽(yáng)離子表面活性劑混合雙水相體系中的分配系數(shù)就大。該結(jié)果驗(yàn)證了陰離子雙水相系統(tǒng)富表面活性劑相有序組合體帶負(fù)電;陽(yáng)離子雙水相系統(tǒng)富表面活性劑相有序組合體帶正電。3.3萃取率與分配系數(shù)成正比，分配系數(shù)越大，萃取率越高。參考文獻(xiàn)[1]ZhaoGX,XiaoJX.Aqueoustwo-phasesystemoftheaqueousmixturesofcationic-anionicsurfactants[J].ColloidInterfSci,1996,177:513～517[2]滕弘霓,陳莉,劉洪來(lái),等.正負(fù)離子表面活性劑雙水相性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的研究[J].化學(xué)學(xué)報(bào),2001,59(3):383～387[3]KalerEW,HurringtonKL,MurthyAK,etal.Phasebehaviorandstructuresofmixturesofanionicandcatonicsurfactants[J].JPhysChem,1992,96:6698[4]TongAJ,WuY,TanSD,etal.Aqueoustwo-phasesystemofcationicandanionicsurfactantmixtureanditsapplicationtotheextractionofporphyrinsandmetalloporphyrins[J].AnalChimicaActa,1998,369:11～16[5]童愛軍,王珊,周曉芬,等.陰陽(yáng)離子性表面活性劑雙水相萃取色氨酸衍生物和牛血清蛋白[J].分析化學(xué),1998,26(5):535～537[6]高瑩,鄭用熙.表面活性劑的性質(zhì)及其應(yīng)用[J].化學(xué)學(xué)報(bào),1996,54:504～510[7]曾云朋,張華山,陳震華.現(xiàn)代化學(xué)試劑手冊(cè)(第四分冊(cè))[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,