电导法与最大压差法测表面活性剂临界胶束浓度实验比较

二　实验技术与管理　第３Ｏ卷第ｌ期２０１　３年１月　ｃＮ１１—２０３４／Ｔ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｖ０１．３０　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１３　实验技术与方法　电导法与最大压差法测表面活性剂临界胶束浓度实验比较　张志庆，王　芳，任超　（中国石油大学（华东）化学系，山东青岛　２６６５８０）　摘要：采用电导法和最大压差法分别测定十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十　四烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵５种表面活性剂的临界胶束浓度（ＣＭＣ）。实验结果表明，电　导法测离子型表面活性剂的临界胶束浓度较最大压差法更为准确，更适合作为本科实验为学生开设。　关键词：表面活性剂；临界胶束浓度；电导法；最大压差法　中图分类号：ＴＱ４２３；Ｇ６４２．４２３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００２—４９５６（２０１　３）０１—００４４　０２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｍｉｃｅｌｌｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｆｆａｃｔａｎｔ　ｂｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｍａｘ　ｂｕｂｂｌｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅｔｈｏｄ　Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｉｑｉｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｆａｎｇ，Ｒｅｎ　Ｃｈａｏ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５８０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｍｉｃｅｌｌｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ（ＣＭＣ）ｏｆ　ｓｏｄｉｕｍ　ｄｏｄｅｃｙ１　ｓｕｌｆａｔｅ（ＳＤＳ），ｓｏｄｉｕｍ　ｄｏｄｅｃｙｌ　ｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌ—　ｆｏｎａｔｅ（ＳＤＢＳ），ｄｏｄｅｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｂｒｏｍｉｄｅ（ＤＴＡＢ），ｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ　ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｂｒｏｍｉｄｅ　（ＴＴＡＢ），ａｎｄ　ｃｅｔｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｂｒｏｍｉｄｅ（ＣＴＡＢ）ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｍａｘ　ｂｕｂｂｌｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ＣＭＣ　ｖａｌｕｅｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉ＊ｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｔｈａｎ　ｔｈｏｓｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　ｍａｘ　ｂｕｂｂｌｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ａ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ；ｃｒｉｔｉｃａ１　ｍｉｃｅｌｌｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ；ｍａｘ　ｂｕｂｂｌｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅｔｈｏｄ　对于高等院校的化学专业，表面活性剂的基本知　识和性质是学生必须掌握的内容，而且与学生毕业后　的工作息息相关。但遗憾的是，虽然是理论课上重点　强调内容，但直到如今我们的物理化学实验中仍然缺　乏关于表面活性剂的实验，学生缺乏直观的理解，导致　学生踏上工作岗位后这方面知识的不足。　临界胶束浓度（ＣＭＣ）作为表面活性剂表面活性　的一种量度，其大小与表面活性剂的润湿、乳化、增溶　和起泡等作用密切相关，可以说ＣＭＣ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ＣＭＣ值的测定有关。测定　ＣＭＣ的方法很多，有最大压差法、表面张力法、电导　法、染料法、增溶作用法、光散射法、光度法　。。　等。这　些方法原理上都是依据溶液的物理化学性质随浓度的　变化关系。本文采用化学实验室常用的两种小型仪　器——微压差仪（最大压差法）和电导率仪（电导法），　测量了不同离子型表面活性剂的ＣＭＣ，为物理化学实　验中表面活性剂ＣＭＣ的测量提供参考。　１　实验　收稿日期：２０１２　０４　１３修改日期：２０１２—０６—０８　基金项目：山东省自然科学基金（ＺＲ２０１ＩＢＬ０１７）；国家自然科学基金　（５１１０３１７９）；中央高校基本科研业务费（２７Ｒ１００４０５３Ａ）；中　国石油大学骨干教师建设工程项目（２７Ｒ０９０４０８２Ａ）；中国石　油大学化学实验示范中心教改项目　作者简介：张志庆（１　９７７），男，山东烟台，博士，副教授，化学系副主　任，化学实验中心主任，研究方向为表面活性剂与两亲高　分子．　Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｑ＠ｕｐｃ．ｅｄｕ．ｃｎ　仪器：ＤＭＰ一２Ｂ型数字式微压差测量仪（南京大学　应用物理研究所）；ＳＤＰＳ—Ｉ型数显导率仪（南京桑力电　子设备厂）；ＨＨ一２型数显恒温水浴锅（国华电器有限　公司）；８１—２型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪器有限公　司）。　实验试剂：阴离子表面活性剂：ｔ　二烷基硫酸钠　（ＳＤＳ），十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）阳离子表面活性　张志庆，等：电导法与最大压差法测表面活性剂临界胶束浓度实验比较　４５　剂：十二烷基三甲基溴化铵（ＤＴＡＢ），十四烷基三甲基　溴化铵（ＴＴＡＢ），十六烷基三甲基溴化铵（ＣＴＡＢ）。　上述表面活性剂均为国药集团化学试剂有限公司的分　析纯试剂。　图３），还是电导法测出的电导率曲线（见图４）都可　看出，随着疏水碳链碳数的增加，表面活性剂的ＣＭＣ　值都显著降低。这是由于随着碳链的增长，表面活　性剂的疏水性增强，形成胶束所需的浓度更低。虽　然这２种方法测出的基本规律是一致的，但２种方　２结果与讨论　电导法测量步骤见文献［９］，最大压差法测量步骤　法测出的ＣＭＣ数值是有差异的，采用最大压差法与　电导法测得的ＤＴＡＢ、ＴＴＡＢ及ＣＴＡＢ的ＣＭＣ值见　见文献［－１０］，测量结果见图１一图４。　图１　十二烷基硫酸钠的表面张力曲线　从图１可以看出，最大压差法测得的ＳＤＳ的表面　张力（Ｙ）曲线在０．００１　１　ｍｏｌ／Ｌ开始转折，表明ＳＤＳ的　ＣＭＣ为０．００１　１　ｍｏｌ／Ｌ；而电导率法测得的ＳＤＳ电导　率（　）曲线在０．００７　８　ｍｏｌ／Ｌ出现转折，即ＣＭＣ为　０．００７　８　ｍｏｌ／Ｌ。文献［１１—１２］给出的ＳＤＳ的ＣＭＣ为　０．００８　６　ｍｏｌ／Ｉ　。可知由电导率法测得的电导率曲线　比最大压差法测得的表面张力曲线更加准确。　从图２可得出，最大压差法测得的ＳＤＢＳ的　ＣＭＣ为０．００７　８　ｍｏｌ／Ｌ，电导法测出的ＣＭＣ为　０．０１２　ｍｏｌ／Ｌ。文献［１１—１２］给出的ＳＤＢＳ的ＣＭＣ为　０．０１４　ｍｏｌ／Ｌ。可知，电导法测出的数据与文献值更　接近。　图２十二烷基苯磺酸钠的电导率曲线　对于阳离子表面活性剂ＤＴＡＢ、ＴＴＡＢ及　ＣＴＡＢ，无论从最大压差法测出的表面张力曲线（见　表１。　７Ｏ　６Ｏ　毛　０　４Ｏ　３０　０．１ＯＯ　图３最大压差法测得的ＤＴＡＢ、ＴＴＡＢ及　ＣＴＡＢ的表面张力曲线　３　５００　３　０００　２　５ＯＯ　喜　。。。　孝１　５００　１　０００　５ＯＯ　０　．５００　０．００１　０．００１０　０．０１００　０．１０Ｏ　ｃ／（ｍｏｌ・Ｌ　）　图４　ＤＴＡＢ、ＴＴＡＢ及ＣＴＡＢ的电导率曲线　表１最大压差法与电导法测得的ＤＴＡＢ、ＴＴＡＢ及　ＣＴＡＢ的ＣＭＣ值比较ｏｔｏｌ・Ｌ一　从表１的数据可以看出，电导法得出的ＣＭＣ数　值更接近理论值。　（下转第６２页）　６２　实验技术与管理　Ｅ４］王靖．电子示波器对两个同频正弦信号相位差的两种测量方法的对　３　结束语　李萨如图形法测量系统频率特性简单、直观，方便　易行，不仅有助于学生理解和掌握课堂内容，也为以后　比分析口］．黔西南民族师范高等专科学校学报，２０１０（１）：１１０～Ｉ１２．　［５３张永瑞．电子测量技术基础［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版　社，２００９．　［６］张伟刚，陆晓．相互垂直简谐振动合成规律ＣＡＩ演示软件［Ｊ］．广西　工学院学报，１９９５，６（３）：４８—５２．　从事相关研究工作打下基础。但测量精度不高，且受　输入频率影响较大，当频率较高时，光点的运动方向不　易看出，只能靠测量数据的连续行来估算相频特性的　正负号。另外，当２个信号的相位差接近于０或　时，　李萨如图形接近直线，此时测量误差较大。所以实验　时，选取合适的频率点对测量精度有较大影响。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　［１］梅晓蓉．自动控制原理［Ｍ］．北京：科学出版社，２００７．　［７］杨继先．李萨如图形的性质研究［Ｊ］．西华大学学报：自然科学版，　２００８，２７（６）：９８一１００．　Ｅ８］赵波．关于李萨如图形讨论的小结［Ｊ］．大学物理，１９９７，１　６（１１）：　１９　２ｌ＿　［９］宋明秋．李萨如图形及其应用［刀．辽宁师专学报，２０１ｏ，１２（１）：　２３—８６．　［１Ｏ］谷雷．绘制系统开环对数频率特性曲线的教学方法与技巧［Ｊ］．科　技信息，２０１１（３５）：４５３　４５４．　［１１］北京精仪达盛科技有限公司．自动控制理论实验指导书［Ｍ］．２　版．北京精仪达盛科技有限公司．　［１２］张玉莲，宋双杰．李萨如图形在检测系统中的应用ＥＪ３．力学与实　践，２００６，２８（５）：５４　５７．　Ｅ２］胡寿松．自动控制原理［Ｍ］．北京：科学出版社，２００７．　［３］管莉．李沙育图形存测量中的意义［刀．郑州铁路技术职业学院学　报，２００４，１６（１）：５５　５６．　（上接第４５页）　直接测电导率是比较准确的，而通过最大压差法测表　面张力，表面活性剂在气液界面上吸附达到平衡需要　一综上所述，无论是对于阴离子的ＳＤＳ、ＳＤＢＳ，还是　阳离子的ＤＴＡＢ、ＴＴＡＢ及ＣＴＡＢ，采用电导法测得　的ＣＭＣ均比采用最大压差法测得的ＣＭＣ更准确，说　定时间，但鼓泡时间相对较短，达不到吸附平衡，故　数据存在的实验误差大些。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　［１］王新红，戴兢陶，顾云兰．光度法研究十二烷基硫酸钠的临界胶束浓　度ＥＪ］．实验技术与管理，２０１１，２８（９）：４６—４９．　［２］张庆轩，杨国华，张志庆．物理化学［Ｍ］．北京：化学工、　出版　社，２０１１．　明在物理化学的教学实验中测表面活性剂的ＣＭＣ　时，电导率仪比微压差计更可靠。　经分析，采用最大压差法时，由于表面活性剂的起　泡性太强，丰富的泡沫极大地干扰了最大压差法测量　ＣＭＣ的准确性。此外，表面活性剂在气液界面吸附达　到平衡需要一定时间，但鼓泡时间相对较短，达不到吸　附平衡，使得实验结果误差大、重现性差。因而最大压　差法只能测不易起泡的、易达到吸附平衡的小分子溶　液（如正丁醇）。最大压差法确定ＣＭＣ的不准确性，　［３］曹红燕，李建平，董超．最大气泡法测定溶液表面张力的实验探讨　ⅢＪ］．实验技术与管理，２００６，２３（８）：３９　４Ｌ　［４］张志庆，徐桂英，叶繁，等．ｔ　二烷基甜菜碱／十二烷基硫酸钠复配体　系的表面活性Ｅ１］．物理化学学报，２００１，１７（１　２）：１１２２—１１２５．　并不代表表面张力法测ＣＭＣ的灵敏度低，事实证明，　采用表面张力仪的吊片法或吊环法测得的ＣＭＣ与电　Ｅ５］高红旗，丁晓岚，许强．测量液体表面张力的装置ＥＪ］．实验技术与管　理，２００７，２４（８）：５９　６０．　［６］Ｆａｉｎｅｒｍａｎ　Ｖ　Ｂ，Ｐｅｔｋｏｖ　Ｊ　Ｔ，Ｍｉｌｌｅｒ　Ｒ．Ｓｕｒｆａｃｅ　ｄｉｌａｔｉｏｎａｌ　ｖｉｓｃｏｅｌａｓ　ｔｉｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｃ１４　ＥＯ８　ｍｉｃｅｌｌａｒ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｂｕｂｂｌｅ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　导率法测得的数据是吻合的。而采用表面张力仪测表　面活性剂的ＣＭＣ对本科实验又不太可能实现，因为　ｔｅｎｓｉｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００８，２４（１３）：６４４７　６４５２．　［７］李新宝，徐丽，孟校威．稳态荧光探针法测定三聚季铵盐表面活性剂　表面张力仪的价格相对昂贵。　采用电导率法测表面活性剂溶液的临界胶束浓度　是非常容易实现的。电导法是经典方法，简便可靠，但　的胶束聚集数［Ｊ］．物理化学学报，２００５，２１（１２）：１４０３　１４０６．　［８］董妹丽，徐桂英．激光光散射和电子自旋共振技术研究十二烷基硫　酸钠与聚乙烯吡咯烷酮的相互作用［Ｊ］．化学学报，２００４，６２（７）：　６７４—６７９．　只限于离子性表面活性剂。此法对于有较高活性的表　面活性剂准确性高，重现性好，对于本科生掌握表面活　性剂的基本知识是十分合适的。　［９］程世贤．电导滴定法测定离子型表面活性剂浓度＿ＩＩ］．广州化工，　２０００，２８（２）：３２　３５．　ＥｌＯ］刘金河，杨国华，张在龙，等．物理化学实验［Ｍ］．东营：中国石油大　３结束语　通过对电导法和最大压差法的比较，电导率法测　学出版社，２００７．　Ｅｌ１］赵国玺．表面活性剂物理化学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，１９９１．　［１２］陈宗淇，王果庭，徐桂英．胶体与界面化学［Ｍ］．北京：高等教育出　版社，２００１：２３１—２３３．　得的ＣＭＣ数据更接近文献值，说明电导法测定的　ＣＭＣ更加可靠。究其原因，对于离子型表面活性剂，