实验报告 正负离子表面活性剂混合体系双水相性质的测定..doc

题目 正负离子表面活性剂混合体系双水相性质的测定 摘要：正负离子表面活性剂混合系统的水溶液在适当条件下能够形成两个互不相溶的水相系统,这种系统称为表面活性剂双水相系统(ATPS) 。近几年双水相系统在理论领域和应用领域中被极大地关注。由于表面活性剂溶液中的胶束结构在不同的条件下组装形式不同, 这使得表面活性剂双水相系统对物质萃取的选择性具有可调节性。利用该系统萃取生物大分子物质如牛血清蛋白、胰蛋白酶等的研究已有报道。正负离子表面活性剂双水相体系是最近几年才被重视并研究的分相体系。本实验通过研究十二烷基硫酸钠( SDS )/十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/水混合体系在盐存在时的相行为、双水相分相时间以及双水相对大分子物质罗丹明B的萃取作用, 揭示影响物质在正负离子表面活性剂双水相中分配系数的主要因素,进而讨论影响正负离子表面活性剂双水相萃取作用的主要因素。 关键词：正负离子表面活性剂混合体系，双水相，萃取，二烷基硫酸钠( SDS )，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 引言：（1）表面活性剂是一大类有机化合物，其分子结构特点是具有不对称性。整个分子可以分成两部分，一部分为亲油的非极性基团，叫做疏水基或亲油基，另一部分是亲水的，叫做亲水基。因此，表面活性分子具有两亲性。 表面活性剂溶于水后，当其浓度很小（小于临界胶束浓度CMC）时，其在溶液中主要以单分子状态或少数几个分子聚集在一起的形式存在。当浓度超过临界胶束浓度时，表面活性剂自发聚集成胶束。胶束是体现表面活性剂性质的重要结构。实用中的表面活性剂几乎都是混合物。两种或两种以上的表面活性剂混合往往显示出更为优良的表面活性。与单一表面活性剂相比，正负离子表面活性剂混合系统形成胶束的能力大为增强，从而产生更高的表面活性，这种高表面活性必然会引起胶体与界面化学性质的突出表现。双水相就是这种体系的特殊性质之一。 ( 2 ) 双水相体系（ATPS）是指某些物质的水溶液在一定条件下自发分离形成两个互相不相溶的水相系统。正负离子表面活性剂混合体系的水溶液在适当条件下能形成双水相。 其中1区为各向同性且澄清透明的溶液区；2区可视为不稳定区，随着表面活性剂浓度或配比的不同，该区样品可能呈现淡蓝光，乳光乳白现象，甚至出现沉淀或悬浮物，故该区现象较为复杂；3区为双水相区，简称ATPS区。左侧ATPS区阴离子表面活性剂的含量大于阳离子表面活性剂的含量，简称阴离子双水相区（ATPSa区）。右侧ATPS区阳离子表面活性剂的含量大于阴离子的，简称阳离子双水相区（ATPSc区）。两个双水相区在相图中形成近似对称的排列，且形状规则，规律明显。 图为313K时H2O—0.2mol/LSDS—0.2mol/LCTAB 系统的三元相图，相图被几个区域所分割。 若将区边线延长，则均可通过并交于水的顶点， 这说明正负离子表面活性剂混合系统只要满足一 定的配比，溶液的总浓度在一定的范围内，都能形成ATPS。ATPSa区及ATPSc区均比较狭窄，这意味着要形成ATPS，要求系统中正负离子表面活性剂必须满足严格的匹配关系 ，组成的微小变化即可决定系统ATPS的形成与否。 上述体系形成双水相需要至少30h，当体系中含有盐时，十几分钟便可以观察到双水相现象，经2h双水相体系即可达到稳定状态。故实验中加入硫酸钠。经分析，双水相的一相为富表面活性剂，另一相为贫表面活性剂。两相浓度的差异造成了结构的差异，在两相中分别存在着不同的表面活性剂有序组合体，上相为液晶结构，下相为胶束溶液。利用表面活性剂双水相两相结构的差异可以萃取水溶性的大分子物质，由于该体系两相都是水相，可以为被萃取物提供温和的环境，节省了有机相萃取时所带来的严重污染。 ( 3 ) 根据罗丹明B的结构式，分子中有亲水基与疏水基。靠疏水基与表面活性剂有序组合体的疏水区的亲和作用，罗丹明B易于被萃取到ATPS的富表面活性剂相中，所以ATPSa 区与ATPSc区双水相对罗丹明B均具有萃取作用。对于SDS/CTAB/H2O/Na2SO4的双水相系统，其pH 在中性范围，罗丹明B在ATPS 中以两性离子形式存在。但罗丹明B结构式由于N上的正电荷受两个基团的屏蔽作用，正电作用减弱，相对地羧基上的负电荷作用增强，整个罗丹明B 离子表现为带负电，它更易于同阳离子双水相区带正电 的有序组合体结合，所以罗丹明B 在阳离子双水相中的分配系数远远 高于在阴离子双水相中分配系数。在阴离子双水相中，带负电的罗丹明B与带负电的有序组合体间有静电排斥作用，但由于罗丹明B的净负电性很弱，所以这种排斥作用不足以完全克服两者疏水基间的亲和作用，不能使罗丹明B从富表面活性剂相上完全挣脱出来，而只是部分地降低两者之间的结合程度，