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摘 要

表面活性剂在现代工业和日常生活中有着极为重要的作用。表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)是评价表面活性剂性能的一个重要的参数。本实验采用表面张力法及电导率法测定四种不同类型表面活性剂30℃下的CMC值，为后续的表面活性剂CMC的测定提供方法及数据参考。

关键词：表面活性剂，临界胶束浓度(CMC)，最大气泡法，电导率法

Abstract: Surfactants play an extremely important role in modern industry and daily life. The critical micelle concentration (CMC) of the surfactant is an important parameter for evaluating the performance of the surfactant. In this experiment, surface tension and conductivity methods were used to determine the CMC values of the four different types of surfactants at 30°C, providing methods and data references for the subsequent determination of the surfactant CMC.

Keywords: Surfactant， Critical micelle concentration (CMC)， Maximum bubble method，Conductivity method

目录

1 前言 6

1.1 表面活性剂的应用 7

1.2 临界胶束浓度的应用 8

1.3 临界胶束浓度的测定方法 9

2 实验部分 9

2.1 实验仪器 9

2.2 实验试剂 10

2.3 实验部分 10

2.3.1 溶液配置 10

2.3.2 最大气泡法实验步骤 10

2.3.3 电导法实验步骤 11

3.结果与讨论 11

3. 1氨基酸起泡剂GCK-12K的CMC测定 11

3.1.1 温度对氨基酸起泡剂表面张力的影响 11

3.1.2 最大气泡法测CMC 12

3.1.3 电导率法测CMC 13

3.1.4 结论 14

3.2十二烷基硫酸钠CMC的测定 14

3.2.1最大气泡法测CMC 14

3.2.2 电导率法测CMC 15

3.2.3 结论 17

3.3 椰油基葡糖苷CMC的测定 17

3.3.1最大气泡法测CMC 17

3.3.2结论 18

3.4正己基葡糖苷CMC的测定 18

3.4.1最大气泡法测CMC 19

3.4.2 结论 20

结 论 21

参 考 文 献 22

致 谢 24

1 前言

某些物质当它们以较低浓度存在于某一系统(通常是指水为溶剂的系统)中时，它们会以分子形式漂浮在该体系表面，能够使该系统的表面张力明显降低，这些物质被称为表面活性剂^[1]。

表面活性剂分子结构的特点在于它的分子具有两亲性和结构的不对称性，其分子是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团组成的有机化合物^[2]。亲水基团通常为羧酸、硫酸、磺酸、羟基等，而表面活性剂的非极性憎水基团一般是由8～18个碳的构成的直链烃或环烃^[3]。

表面活性剂溶液中的胶束形成是一种自组装过程，其由亲水和憎水基团之间的溶剂介导的复杂相互作用控制^[4]，当溶液中的表面活性剂的浓度较低时，表面活性剂的分子将会以单个分子的形式存在于溶液体系中，这些单分子会优先汇集在溶液体系的表面，通过使空气与溶液的接触面的面积减小，从而使溶液的表面张力产生较为明显的降低。当表面活性剂在水中的浓度增加时，不能存在于界面处的表面活性剂分子形成称为胶束的聚集体，并且该特定浓度被称为临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration，CMC）^[5]。如图1.1所示：

图1.1表面活性剂分子排列与浓度的关系^[6]

由于溶液中形成的胶束不再具有活性，溶液体系的表面张力将不再下降，在表面张力与表面活性剂浓度的关系曲线上体现为由急剧下降的曲线变为逐渐趋平的线段，此时达到CMC的溶液被称之为胶束溶液^[1]。

溶液形成胶束后，表面活性剂的憎水基团被完全包裹在胶束内部，几乎与水隔离，而表面活性剂的亲水基团方向朝外，与水几乎没有相斥作用，使得表面活性剂能够稳定的溶解于水中^[7]。

复杂的溶液体系中表面活性剂胶束的形成和自组装的特性将取决于表面活性剂独特的分子结构^[8]。 一旦溶液中的表面活性剂的浓度超过CMC，表面活性剂分子聚集成胶束，胶束的大小和形状不同，并且随着表面活性剂浓度的增加而进一步聚结^[8],从而影响表面活性剂的效率。

表面活性剂可按其极性基团的解离性质大体分为以下几类：

表面活性剂的类别	代表
阳离子型表面活性剂 阴离子型表面活性剂 两性离子型表面活性剂 非离子型表面活性剂	季铵盐类 十二烷基硫酸钠 氨基酸型、甜菜碱型、卵磷脂型 烷基糖苷类、脂肪酸甘油酯类

如果表面活性物质是阴离子型，那么就不能与阳离子型表面活性物质混合使用，否则就会发生反应形成沉淀而不能得到应有的效果^[1]。离子型表面活性剂在溶液体系的温度较低时的溶解度较小，随着体系温度的上升，离子型表面活性剂的溶解度缓慢增加，当达到一定温度后，其溶解度会突然增加，这个转变温度被称为Kraff点^[1]。

由于溶液体系温度的变化会导致离子型表面活性剂溶液的表面张力发生变化，本实验中通过以两性离子型表面活性剂——氨基酸起泡剂为例，测定其等浓度下不同温度时表面张力的变化，发现同一浓度下表面张力会随着温度上升而升高，从而选择测定阴离子表面活性剂正常工作温度即30℃下不同浓度的表面张力，确定其CMC。

非离子型表面活性剂的亲水基团主要是聚氧乙烯基。温度升高会破坏聚乙烯基与水的结合，使非离子型表面活性剂的溶解度降低，甚至析出，从而影响其CMC的测定。本实验中针对非离子表面活性剂的这一特性，选择测量其正常工作温度即30℃下的CMC。

表面活性剂的应用

表面活性剂具有良好的润湿作用、增溶作用、起泡作用、乳化作用、洗涤作用^[2]。

1.润湿作用^[2]

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