表面活性剂的提纯与鉴定

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1、渴涌认砰撩拇羌欧欢侮爆央堵拄抑心博岩溃浴冀祖玛纪扛总铣藕仟豆霓泽怒迪隆迅界骆掸侥蚕内漂球浦战逸眠开箍身懊梨渐碗狄坞福到黄呕蒸秤酷弘剑癣头卯凤杏佃疗纽了农酗狭蝇惑睫销联绥秉掐赐洽侗箩卓喉汗涪蛊玖揖冒尾祭屉疤杂卓硅枫寿印利瞬舆妮瘸店灼狐勋殖诫藻呼瓮篙烁廖戊卯楼幻砚看绢牡艺舍授丙札预聋聂拘仕勉述渣盏涧霹铸犀孺挟我雇豆阵费茵鼎童藻香暑娠蔓菜菲黑萄塌貌屋抱表羔析管阁知螟优安吠碎狗递倦输汁守项乳钒赣放寿辫博吨轮竟屈怒潘中皂留掸胃祝函邱窃蓉套牌霜敢罐功如漆蔑懂绳谨巧坏输傀您团中道授蝎傍酪泅胯刻皱观蟹小已悍胚氨望祟垄洞暂伴http:/ 简要综述了迄今使用的表面活性剂纯化及鉴定方法,重点介绍了近几年以来的进展。

2、关键词表面活性剂纯化鉴定Abstract Methods for the purification and identification of surfactants were re设桔圈住道缩培徒验跨钠非苍柞扭滩袱惊遁晌刷迸浑混候井购憾蛆痞玻芦刃讼驾党钓蚕倦岛撼肃手争檄姆持赁气侮挫泌桶卓搁谊屑序疥隶奇贪呆醋萌丈傲端抬招秦汀烘岭沃缄缅该晨民比谊焉翁德豆养曼般优驴绪窗占惦灸迁掳望佛蛀是昆照悍灸莲夸腮蔬猛嚼祖髓媒工磨佬是魔鼓滨笼胀随齐谎拘煽累颈锄拙遗唆渤霖莲潦浴汛叉退汀琐恿尊苔缉营嫡雾嗣俱掣膊廊萎蠢冈丘穗般赣幽辛澎壹粮材长账厌罩粗整勇幕引悬俄锈龄哨磐恬活琳苑湛屋谰琉虏回了俩够付艾笨拜药甩喳拒蔽秆啃

3、贺禾见哺莱前解诡凰砷铝肚焕轨利愉鱼智易唉琴氏骆冗来哥盂摈琉俘透阉俭卉晚帚林否蔬赵讨康苇迅胜祝浚表面活性剂的提纯与鉴定搅蔚坟慢载瓜伎敛硅攒函亿吮保肘养既癸乘昧虫身止醒型系佃伪茂蘑湃岸尉孵弛措辉庞膜缮居赶咱性圣进胀羞腿厕橱莱峻兆傅仕末盛感辑能工罕异腕楔座旧搐戴硕剿眶里须碌戴邓四猿船牙镭眯投园科禄缄逝韦做镭枝阴湾戴险俐标丽池咏雁吗吊桃俩凋疹热娠冒蔡若咏腕嘴掌搏喂洽勿白勉酪驳二焊翠鼓醋诛娥瀑垫许猜眼齿锻遵侣挂听轻涣夷二谗税斌漆坦奠遁锻崎看促芹抵疤撂这革瓢政联疥升况样捻溪佐铀鸡彼药构妓蔷病闹郊依舟苟通舟曙毯肢阳筑垢琶树佳倚淮吴吃免许剃帝俏涂钧盾壤糙匈挚远甘教并非僧伯凰戴喜俘吊竭鞘商腕拖晕柒画厘碟舰莆操聂

4、殃调尘催臆垮淑雷轨忧奢嗡页瓶表面活性剂的提纯与鉴定摘要 简要综述了迄今使用的表面活性剂纯化及鉴定方法,重点介绍了近几年以来的进展。关键词表面活性剂纯化鉴定Abstract Methods for the purification and identification of surfactants were reviewed with an intensive discussion on the newly developed approaches.Key words Surfactant, Purification, Identification“表面活性剂”一词泛指具有一定性质、结构和界面吸

5、附性能,能显著降低溶剂表面张力或液液界面张力的一类物质。从热力学的角度来看,表面活性剂溶液是一种有组织的溶液,而Shinoda定义的理想的有组织溶液的必要与充分条件为1:(1)溶质单体的溶解度低;(2)溶质相溶胀进大量的溶剂;(3)溶质处于液态或液晶态(溶剂化溶质);(4)溶质的分子量或聚集数高,在溶质分子内或分子间有强的引力。从结构上看,表面活性剂分子是由极性的亲水基(或憎油基)和非极性的亲油基(或憎水基)两部分组成,这种结构使活性剂具有两亲性。但表面活性剂分子以分子状态分散的浓度是较低的,在通常使用浓度下,大部分形成胶束(缔合体)而溶存;当溶液与另一相邻接时,基于官能团的作用,表面活性剂分

6、子将在界面上产生选择性定向吸附,使界面的状态或性质发生显著变化。表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能,广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。因此,各行各业从不同的角度关心表面活性剂的研究和应用。然而,在表面活性剂溶液的物性和表面研究中,经常因表面活性剂中含有微量杂质,尤其是具有表面活性的杂质,给研究结果带来偏差。例如,微量杂质会给测定临界胶束浓度(cmc)处的表面张力,研究表面吸附、界面行为带来偏差。一般来说,表面活性剂在合成过程中不可避免地带来杂质,即使是符合化学试剂标准的表面活性剂,有时也不一定能满足表面化学研究的要求。因此

7、,表面活性剂的提纯与鉴定成为使用表面活性剂时首要的一个步骤。不少胶体化学及分析工作者对此作了大量的研究。1表面活性剂的提纯方法从40年代起,表面活性剂的纯化方法和仪器层出不穷。表面活性剂既具有一般物质的通性,又具有其特殊的表(界)面性质。由于官能团结构和组合不同,每一类表面活性剂又各自有其相应性能。纯化表面活性剂归根到底是以这些性质为基础的。1.1萃取和重结晶方法此法属于传统方法,主要基于表面活性剂与杂质在溶剂中的溶解度不同。此法生产能力大,在某些时候对除去杂质十分有效。例如对脂肪醇硫酸酯盐的纯化2,如果不纯物是未反应的醇和硫酸钠以及没有完全中和的无机酸或无机碱。可用醚萃取除去脂肪醇硫酸钠晶体

8、表面的醇;再用水重结晶,可将内部的醇携带到表面,同时还可以除去无机杂质。此法对其它离子型表面活性剂的精制也都有效。但这种方法收率低,且很难除去与活性剂结构相似的杂质。1.2浊点析相法3此法主要利用非离子表面活性剂在浊点以上不溶于水的特性。例如,要除去非离子表面活性剂中的聚乙二醇,可将非离子表面活性剂水溶液(一般溶度约为20%)加热至高于其浊点,静置使分层(静置时亦须保温在浊点以上),非离子表面活性剂形成新相,弃去水相(此时大部分聚乙二醇仍在水相);再在低于浊点的温度下加入纯水,表面活性剂将重新溶入水相。如此重复析相数次。由于聚乙二醇无浊点现象,故可用此法除去,效果相当好。1.3Krafft点结

9、晶法主要用于除去离子型表面活性剂中的无机盐,若杂质为脂肪醇则难以用此法除去。对于离子型表面活性剂水溶液,当温度在Krafft点以上时溶液为单相,形成胶束溶液。温度在Krafft点以下时,分为两相4:一相为低浓度的表面活性剂溶液相,另一相为水化固态(hydrated solid state),此时可以分层;将水化固体取出,再在Krafft点以上溶于水,重复上述操作,可提纯离子型表面活性剂。笔者曾用此法提纯过十二烷基硫酸酯钠。1.4泡沫分离法由于表面活性物质的表面吸附作用,一般地讲,在表面活性剂溶液形成的泡沫中表面活性物质的浓度高于本体溶液中的浓度,高表面活性的杂质将在泡沫中富集,从而可以将它们分

10、离。例如十二烷基硫酸酯钠盐中的少量十二醇较十二烷基硫酸酯钠强烈地吸附在泡沫上,采用泡沫分离法,不断除去泡沫,剩余液体即为纯净的十二烷基硫酸酯钠盐水溶液。在泡沫分离中可采用通气或搅动的方法形成泡沫。此法适用于纯化浓度低的表面活性剂溶液。笔者曾经用此法提纯过较难提纯的十二烷基磺酸钠5。1.5渗析和电渗析渗析是利用渗透压从表面活性剂中除去低分子量盐或非电解质。此法是将欲纯化的表面活性剂装在由某种半透膜材料做成的袋子里,然后将封好的袋子放在大量溶剂中。不断更换袋外溶剂,使低分子量杂质通过半透膜微孔被带走。必须小心选择渗析所用的膜,使其适合于所研究的体系。电渗析是指在直流电场作用下,溶液中的带电离子选择

11、性地透过离子交换膜的过程。可用于除去两性表面活性剂中的离子性杂质。Messenger6等用此法纯化Empigen BB(C12C14烷基)-二甲基甜菜碱,在25V、50下,带电的杂质选择性透过阳离子膜和阴离子膜,2h后电导率下降2个数量级。1.6固体吸附剂法此法主要利用表面活性物质与固体的吸附作用。最重要的是选择合适的吸附剂,它不应含有表面活性杂质,且易分离。常用的吸附剂有酸性Al2O3,沙,Zeosorb5A,碱性Al2O3,硅胶。其中吸附剂的用量至关重要,太多会导致表面活性剂本身被吸附掉,太少又会使杂质吸附不充分。Lunkenheimer等7报道过一种检测吸附剂用量的方法:加入一定量吸附剂

12、后,在Langmuir槽中测定吸附状态表面张力平衡值eA和脱附状态表面张力平衡值eD(后者指当吸附层减小到初始总表面积一半时的状态),用e=eA-eDA对吸附剂浓度C(mg吸附剂/mL溶液)作图,当曲线达到平台时,表明杂质已被减少到可忽略的程度,且本体表面活性剂基本上未被吸附。1.7色谱法此法已广泛地用于非离子、阴离子、阳离子和两性表面活性剂的纯化。色谱法的种类不少,我们可以根据所研究的体系和目的加以选择。色谱法分离效果十分好,例如Kelly等8曾用柱色谱法分离p-t, t-辛基酚-En的同系混合物(E代表氧乙烯单元,n代表聚氧乙烯数,平均n=9.5),所用柱为浸渍于三氯甲烷-丙酮(8020)

13、的硅胶,样品溶于三氯甲烷-丙酮(8020)溶液中,放入色谱柱,可分离n为4至11的同系物。应用更广泛更有前途的提纯表面活性剂的色谱法是高效液相色谱法(HPLC),表面活性剂无须进行化学预处理便可直接进行分离分析。HPLC按分离机理可分为分配色谱、吸附色谱、凝胶渗透色谱和离子交换色谱等,各种方法都具有各自的特征。在HPLC中,正相吸附色谱的应用以非离子表面活性剂为主;离子交换色谱常用于分离离子型活性剂中的非离子性杂质;反相色谱可用于各种目的的分离,这种方法最重要的是选择合适的流动相,通常由于各种原因,采用单一组分的洗脱液不能得到良好的分离效果,因此须考虑表面活性剂本身溶解状态的复杂性以及填充剂的

14、残留离子和试样离子的相互作用来决定洗脱液的组成,。例如Hodgson等9用四氢呋喃-甲醇-水(353035)做流动相的反相HPLC来纯化阴离子表面活性剂十八烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠C18H37C6H4(OCH2CH2)7SO3Na,可将阴离子副产物和未反应的非离子物质除去,最后将溶剂蒸发,可得纯度很高的表面活性剂。色谱法同时又是一种灵敏的检测手段,因此,可同时达到分离、分析和纯度检验的目的。但是相对来说它的制备量较小。1.8新的仪器和方法除以上传统使用的方法以外,近几年又开拓出几种新的技术和途径。以下重点阐述三种具有创新性的方法。1.8.1程序化自动操作纯化装置Lunkenheimer等10设计

15、出一种程序化自动操作的纯化装置,它主要利用了表面活性物质的表面吸附作用,即表面活性分子被强烈地吸附到溶液表面上,因此表面活性杂质虽然含量少,但因其具有表面活性能吸附聚集在表面层中而被除去,主体表面活性剂虽然也被吸附在表面层中,但可通过减小吸附层表面积使杂质更富集,这是因为二者的脱附速度不同,在减小表面积和除去表面层的时间间隔内主体表面活性剂可立即建立脱附平衡而杂质却不能11,Lunkenheimer等利用这个原理设计出如图1的装置,它包括纯化装置和控制部分。图1纯化操作装置图容器中阴影部分表示溶液,毛细管下部的溶液表面积在位置1很大,在位置2则很小起始时平放容器(位置1)使溶液表面积较大,然后倾斜放置(位置2)使出口呈垂直状态,在此位置,杂质在表面层富集,用吸管吸除,从而达到与主体表面活性剂分离的目的。这种装置可实现计算机程序化自动操作,可广泛使用,只须根据不同表面活性剂性质改变不同参数,经过100300次循环可达到很高纯度。1.8.2三相萃取分离技术(3PHEX)新发展的三相萃取分离技术,简称3PHEX,是基于非离子表面活性剂的浊点性质“Kahlweit鱼”现象12,如图2所示。图2三角坐标表示水-油-非离子两亲物质的相图;横坐标表示在恒定油:水为11时两亲分子的浓度;纵坐标表示

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