正負離子表面活性劑混合體系雙水相性質的測定應化081房輝摘要：通過對一定濃度雙水相吸光度的測定,研究了SDS/CTAB/H2O/Na2SO4混合系統雙水相對羅丹明B的萃取作用。結果表明:溶液配的配比是能否出現雙水相的關鍵所在，溫度對混合體系雙水相的穩定性有重要影響。

關鍵詞:SDSCTAB雙水相吸光度羅丹明B萃取正負離子表面活性劑混合系統的水溶液在適當條件下能夠形成兩個互不相溶的水相系統,這種系統稱為表面活性劑雙水相系統【1】(ATPS)。近幾年雙水相系統在理論領域【2,3】和應用領域【4,5】中被極大地關注。由于表面活性劑溶液中的膠束結構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對物質萃取的選擇性具有可調節性。利用該系統萃取生物大分子物質如牛血清蛋白、胰蛋白酶等的研究已有報道【4-6】。正負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。本實驗通過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的相行為、雙水相分相時間以及雙水相對大分子物質羅丹明B的萃取作用,揭示影響物質在正負離子表面活性劑雙水相中分配系數的主要因素,進而討論影響正負離子表面活性劑雙水相萃取作用的主要因素。1實驗部分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；厚度規格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；圓柱形玻璃小瓶12個；玻璃棒4根；長吸管一支；注射器2支；100ml燒杯14個；250ml燒杯2個；100ml容量瓶2個；500ml容量瓶1個；5ml移液管2支；10ml移液管2支；刻度尺1把；洗耳球1個。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實驗方法1.2.1儀器準備將12個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。全部溶解后轉移至100mL容量瓶中，并將容量瓶置于40℃1.2.2.3準確稱取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觀察雙水相形成過程，2h后雙水相達到平衡，記錄下各個小瓶樣品現象。1.2.4測定吸光度1.2.4.1取出1個出現雙水相的圓柱形小瓶，用直尺測量上下相高度，記作、，然后放入恒溫水浴中恒溫。1.2.4.2調節分光光度計。打開儀器開關，預熱20min。將靈敏度調至1檔，波長為553nm，將暗箱蓋打開，調節透光率為0。將盛有蒸餾水的比色皿放入暗箱，蓋上箱蓋，調節透光率為100。再打開箱蓋調0，再蓋上箱蓋調100。反復調節。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，測其吸光度；若溶液顏色深，較粘稠，則先稱量100mL小燒杯中質量，去皮。再將溶液放入，記下質量m1。加一定量蒸餾水稀釋，再記下質量m2。將稀釋后溶液倒入比色皿中，測其吸光度。吸光度在0.1-0.4之間即可，若吸光度大于0.4，繼續稀釋至吸光度在0.1-0.4范圍內，記錄吸光度值，并計算其稀釋倍數。1.2.4.4按步驟3測下相吸光度及稀釋倍數并記錄。1.2.41.2.4.6關閉電源，整理儀器。1.3實驗現象表2恒溫前后實驗現象記錄表序號恒溫前現象恒溫后現象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粉紅色懸濁液同實驗前無明顯變化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驗前無明顯變化8粉紅色粘稠乳狀液同實驗前無明顯變化9粉紅色粘稠乳狀液同實驗前無明顯變化10粉紅色粘稠乳狀液同實驗前無明顯變化11粉紅色粘稠乳狀液同實驗前無明顯變化12粉紅色粘稠乳狀液同實驗前無明顯變化

1.4實驗數據記錄與處理1.4.1根據A=KbC，其中k為吸光系數，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DD===1.4.2萃取效率E===100%表3出現雙水相實驗數據記錄表序號/cm/cm

13.801.10操作出錯1.0操作出錯操作出錯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1.0操作出錯操作出錯表4實驗數據處理結果表序號分配系數D萃取效率E39.1397.4%42.7466.4%55.5594.8%

2實驗結果分析與討論2.1實驗結果在編號1-12的圓柱形小瓶之中，只有CTAB過量的陽離子雙水相區中的1、3、4、5、6號小瓶內出現雙水相，且4號瓶最明顯。陰離子雙水相區并沒有出現雙水相現象。測定吸光度時溫度不同，測得通體樣品的吸光度也不同。經過對分配系數與萃取綠的計算發現，萃取率與分配系數成正比，分配系數越大，萃取率越高。另外，在實驗過程中，將混合體系從干燥箱中取出后不久，體系中出現白色乳狀物，放回干燥箱后，體系又回復原有的透明均相狀態。推之，溫度對混合體系的穩定性有重要影響。2.2理論分析圖1為SDS/CTAB/H2O系統含Na2SO4時的擬三元相圖【8.9】。在相圖中存在兩個ATPS區，根據各區表面活性劑配比的差異，分別稱為陰離子雙水相區(ATPSa)與陽離子雙水相區(ATPSc)。對于ATPSa區，由于陰離子表面活性劑SDS過量，混合表面活性劑帶負電；對于ATPSc區，陽離子表面活性劑CTAB過量，混合表面活性劑帶正電。由于兩個ATPS區的雙水相組成及微觀結構的差異，它們的萃取分離行為是不同的。根據圖2羅丹明B的結構式【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區與ATPSc區雙水相對羅丹明B均具有萃取作用。對于SDS/CTAB/H2O/Na2SO4的雙水相系統，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結構式由于N上的正電荷受兩個基團的屏蔽作用，正電作用減弱，相對地羧基上的負電荷作用增強，整個羅丹明B離子表現為帶負電，它更易于同陽離子雙水相區帶正電的有序組合體結合，所以羅丹明B在陽離子雙水相中的分配系數遠遠高于在陰離子雙水相中分配系數。在陰離子雙水相中，帶負電的羅丹明B與帶負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，而只是部分地降低兩者之間的結合程度，所以ATPSa區對羅丹明B仍具有一定的萃取作用，但較ATPSc區較弱。2.3實驗失敗原因分析2.3.1在溶液配制過程中，SDS僅出現些許泡沫，配制的實際濃度與理論濃度之間存在誤差；CTAB隨著配制時間推移黏度越來越大，在移取過程中有很較大量的殘留，使其配制有較大誤差。2.3.2實驗室溫度偏低可能對實驗結果帶來誤差。2.3.3實驗中沒有出現陰離子雙水相區，溶液配比可能存在問題。2.3.4在測定吸光度過程中，對上下相的稀釋倍數可能對實驗結果帶來誤差。

3.結論3.1溫度對混合體系的穩定性有重要影響；溶液配制和移取是造成本次實驗失敗的主要原因。3.2物質帶負電，其在陽離子表面活性劑混合雙水相體系中的分配系數就大。該結果驗證了陰離子雙水相系統富表面活性劑相有序組合體帶負電;陽離子雙水相系統富表面活性劑相有序組合體帶正電。3.3萃取率與分配系數成正比，分配系數越大，萃取率越高。參考文獻[1]ZhaoGX,XiaoJX.Aqueoustwo-phasesystemoftheaqueousmixturesofcationic-anionicsurfactants[J].ColloidInterfSci,1996,177:513～517[2]滕弘霓,陳莉,劉洪來,等.正負離子表面活性劑雙水相性質及微觀結構的研究[J].化學學報,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,1998,26(5):535～537[6]高瑩,鄭用熙.表面活性劑的性質及其應用[J].化學學報,1996,54:504～510[7]曾云朋,張華山,陳震華.現代化學試劑手冊(第四分冊)[M].北京:化學工業出版社,