一種表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統及方法，檢測系統包括原液罐、蠕動泵、乳膠管、超濾膜、超濾液罐、檢測器、數據運算器和數據顯示器，其中：待測表面活性劑溶液儲存在原液罐經蠕動泵泵出，通過乳膠管通過超濾膜經濾液出口進入超濾液罐，檢測器對超濾液中表面活性劑進行檢測，檢測信號通過數據運算器輸出到數據顯示器上，當超濾液中表面活性劑物化參數趨于穩定時，且與原液物化參數有明顯的差異，此時超濾液中的待檢測表面活性劑濃度，即為表面活性劑臨界膠束濃度，此發明方法可靠、靈敏度高，適用于陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑。
【專利說明】一種表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及表面活性劑臨界膠束濃度技術，尤其涉及一種基于超濾膜分離原理的表面活性劑臨界膠束濃度檢測系統及方法，屬于表面活性劑領域。
【背景技術】
[0002]表面活性劑是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質。表面活性劑的分子結構具有兩親性:一端為親水基團，另一端為憎水基團。表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑等。
[0003]表面活性劑分子在溶劑中締合形成膠束的最低濃度即為臨界膠束濃度(criticalmicelle concentration cmc)。表面活性劑的表面活性源于其分子的兩親結構,親水基團使分子有進入水中的趨勢，而憎水基團則竭力阻止其在水中溶解而從水的內部向外遷移，有逃逸水相的傾向。這兩種傾向平衡的結果使表面活性劑在水表富集，親水基伸向水中，憎水基伸向空氣，其結果是水表面好像被一層非極性的碳氫鏈所覆蓋，從而導致水的表面張力下降。
[0004]表面活性劑在界面富集吸附一般的單分子層，當表面吸附達到飽和時，表面活性劑分子不能在表面繼續富集，而憎水基的疏水作用仍竭力促使基分子逃離水環境，于是表面活性劑分子則在溶液內部自聚，即疏水基聚集在一起形成內核，親水基朝外與水接觸形成外殼，組成最簡單的膠團。而開始形成膠團時的表面活性劑的濃度稱之為臨界膠束濃度，簡稱cmc。
[0005]當溶液達到臨界膠束濃度時，溶液的表面張力降至最低值，此時再提高表面活性劑濃度，溶液表面張力不再降低而是大量形成膠團，此時溶液的表面張力就是該表面活性劑能達到的最小表面張力，用cmc表示。
[0006]目前表面活性劑的臨界膠束濃度的檢測方法主要分為以下幾種:
[0007]1、表面張力
[0008]用表面張力與濃度的對數作圖，在表面吸附達到飽和時，曲線出現轉折點，該點的濃度即為臨界膠束濃度。表面活性劑水溶液的表面張力開始時隨溶液濃度增加而急劇下降，到達一定濃度(即cmc)后則變化緩慢或不再變化。因此常用表面張力-濃度對數圖確定cmc。此方法簡單方便，對各類表面活性劑普遍適用。
[0009]2、電導率
[0010]用電導率與濃度的對數作圖，在表面吸附達到飽和時，曲線出現轉折點，該點的濃度即為臨界膠束濃度。此法只限于測定離子型表面活性劑。
[0011]3.染料法
[0012]某些染料在水中和膠團中的顏色有明顯差別的性質，采用滴定的方法測定cmc。此方法有時顏色變化不夠明顯，使cmc不易準確測定。
[0013]4.濁度法
[0014]非極性有機物如烴類在表面活性劑稀溶液(< cmc)中一般不溶解，體系為渾濁狀。當表面活性劑濃度超過cmc后，溶解度劇增，體系變清。這是膠團形成后對烴起到了加溶作用的結果。
[0015] 5.光散射法
[0016]膠團為幾十個或更多的表面活性劑分子或離子的締合體，其尺寸進入光波波長范圍，而具有較強的光散射，利用散射光強度-溶液濃度曲線中的突變點可以測定cmc。
[0017]目前表面活性劑的臨界膠束的檢測方法普遍存在靈敏度偏低的問題，這主要是因為表面活性劑在達到臨界膠束濃度后呈現出的是單分子-小分子聚集的膠束-大分子聚集的膠束的過程，而目前的檢測手段多是針對大分子聚集膠束形成時的濃度進行檢測，而形成小分子聚集的膠束的濃度則無法檢測，這是因為此時溶液體系的物化性質并沒有發生突發性的改變。本發明根據表面活性劑在溶液中的存在狀態的變化，即表面活性劑分子大小的變化，采用超濾膜截留篩分的作用，對形成小分子聚集的膠束截留，根據溶液前后的溶液組成變化，判斷表面活性劑的臨界膠束濃度，這是目前的檢測方法所不能達到的。
【發明內容】
[0018]本發明針對現有技術存在的缺陷，而提出一種檢測靈敏度高的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統及方法。
[0019]一種表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統包括:原液罐、蠕動泵、乳膠管、超濾膜、超濾液罐、檢測器、數據運算器和數據顯示器，其中:待測表面活性劑溶液儲存在原液罐經蠕動泵泵出，通過乳膠管通過超濾膜經濾液出口進入超濾液罐，檢測器對原液和超濾液進行檢測，檢測信號通過數據運算器輸出連接數據顯示器。
[0020]超濾膜的截留分子量為IKDa~300KDa。
[0021]檢測器為激光粒徑檢測器、內毒素檢測器和紫外檢測器中的I種或I種以上。
[0022]檢測器可以檢測表面活性劑的濃度、粒徑、折光度、吸光度的物化參數的I種或I種以上。
[0023]表面活性劑臨界膠束濃度的檢測方法內容如下:
[0024]I)、配制飽和的待檢測表面活性劑溶液，檢測器檢測其物化參數，標記為原液Kig
液；
[0025]2)、選擇超濾膜的截留分子量從高到低的原則，將原液置于原液罐中，在固定溫度環境下，開啟蠕動泵，原液經乳膠管進入超濾膜中，超濾液罐收集超濾液，檢測器檢測超濾液其物化參數K超濾液；
[0026]3)、數據運算器計算超濾液中待檢測表面活性劑的物化參數Ksa的差值或比值，將結果展現在數據顯示器上；
[0027]4)、當Keisa數值趨于穩定時，且Kiga有明顯的差異，此時超濾液中的待檢測表面活性劑濃度，即為表面活性劑臨界膠束濃度；
[0028]檢測方法步驟4)中Kiga有明顯的差異，二者的比值大于2或小于0.5。且其中Kgil?趨于穩定，與不同截留分子量超濾制備的超濾液中KgisaW比值在0.5~2之間。
[0029]本方法適用于陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑。
[0030]技術效果:
[0031]本發明根據表面活性劑在溶液中的存在狀態的變化，即表面活性劑分子大小的變化，采用超濾膜截留篩分的作用，對形成小分子聚集的膠束截留，根據溶液前后的溶液組成變化，判斷表面活性劑的臨界膠束濃度，這是目前的檢測方法所不能達到的。從而實現了真實的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測，此方法靈敏度高，可靠性好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明系統的組成結構示意圖，圖中標號名稱:1、原液罐；2、蠕動泵；3、乳膠管；4、超濾膜；5、超濾液罐；6、檢測器；7、數據運算器；8、數據顯示器。
【具體實施方式】
[0033]實施例1:
[0034]本發明表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統的結構如圖1所示，包括原液罐1、蠕動泵2、乳膠管3、超濾膜4、超濾液罐5、檢測器6、數據運算器7和數據顯示器8，其中:待測表面活性劑溶液儲存在原液罐I經蠕動泵2泵出，通過乳膠管3通過超濾膜4經濾液出口進入超濾液罐5，檢測器6對原液和超濾液進行檢測，檢測信號通過數據運算器7輸出連接數據顯示器8。
[0035]本發明是在常規的超濾膜分離系統上，基于表面活性劑在溶液中的存在狀態在超濾膜中的透過行為進行檢測分析，實現的表面活性劑真實臨界膠束濃度的計算。原液罐I為和超濾液罐5為常用的玻璃、塑料或金屬類容器；蠕動泵采用默克密理博公司可調速蠕動泵；超濾膜4采用默克密理博公司的改良纖維素材質的超濾膜；檢測器6采用天大天發公司生產的內毒素檢測儀用于內毒素的檢測，島津公司生產的SPD-10AVvp紫外檢測器用于有紫外吸收的表面活性劑檢測、英國馬爾文生產的Nano NS3600激光粒徑檢測器檢測表面活性劑的粒徑分布；數據運算器7內嵌數據比較處理程序，計算原液與超濾液中待檢測表面活性劑的物化參數的差值|K原液-K超濾液I和比值K原液/K超濾液，當K超濾液數值趨于穩定時，且K--與Ksa有明顯的差異，二者比值大于2或小于0.5，不同截留分子量超濾制備的超濾液中比值在0.5~2之間，此時超濾液中的待檢測表面活性劑濃度，即為表面活性劑臨界膠束濃度；數據顯示器8采用金創導公司的128 X 64點陣顯示終端，用于顯示計算出的表面活性劑臨界膠束濃度數值。
[0036]實施例2:
[0037]取具有非離子表面活性劑性質的細菌內毒素，使用純化水配制成濃度35000EU/ml的內毒素原溶液置于原液罐中，在25°C環境下，經蠕動泵泵出，通過乳膠管通過系列截留分子量的超濾膜(100、50、30、10、8、5KDa)，經濾液出口進入超濾液罐，內毒素檢測儀檢測超濾液，檢測結果見表1。
[0038]表1
[0039]
【權利要求】
1.一種表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統及方法，其特征在于:檢測系統包括原液罐(I)、蠕動泵(2)、乳膠管(3)、超濾膜(4)、超濾液罐(5)、檢測器(6)、數據運算器(7)和數據顯示器(8)，其中:待測表面活性劑溶液儲存在原液罐(I)經蠕動泵(2)泵出，通過乳膠管(3)通過超濾膜(4)經濾液出口進入超濾液罐(5)，檢測器(6)對原液和超濾液進行檢測，檢測信號通過數據運算器(7)輸出連接數據顯示器(8)。
2.根據權利要求1所述的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統，其特征在于:所述超濾膜(4)的截留分子量為IKDa~300KDa。
3.根據權利要求1所述的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統，其特征在于:所述檢測器(6)為激光粒徑檢測器、內毒素檢測器和紫外檢測器中的I種或I種以上。
4.根據權利要求1所述的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測系統，其特征在于:所述檢測器(6)可以檢測表面活性劑的濃度、粒徑、折光度、吸光度的物化參數的I種或I種以上。
5.根據權利要求1所述的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測方法，其特征在于:該方法內容如下: 1)、配制飽和或近飽和濃度的待檢測表面活性劑溶液，檢測器(6)檢測其物化參數，標記為原液K原液； 2)、選擇超濾膜的截留分子量從高到低的原則，將原液置于原液罐(I)中，開啟蠕動泵(2)，原液經乳膠管(3)進入超濾膜(4)中，超濾液罐(5)收集超濾液，檢測器(6)檢測超濾液的物化參數K超濾液； 3)、數據運算器(7)計算超濾液中待檢測表面活性劑的物化參數的差值或比值，將結果展現在數據顯示器(8)上； 4)、當Kgil?數值趨于穩定時，且Kg濾液與K原液有明顯的差異，此時超濾液中的待檢測表面活性劑濃度，即為表面活性劑臨界膠束濃度。
6.根據權利要求5所述的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測方法，其特征在于，步驟4中K ι--與Kiga有明顯的差異，二者的比值大于2或小于0.5。
7.根據權利要求5所述的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測方法，其特征在于，步驟4中K--趨于穩定，與不同截留分子量超濾制備的超濾液中KgisaW比值在0.5~2之間。
8.根據權利要求4所述的表面活性劑臨界膠束濃度的檢測方法，其特征在于，適用于陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑。
【文檔編號】G01N13/00GK103558125SQ201310601356
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】李存玉, 彭國平, 李賀敏, 李紅陽, 鄭云楓 申請人:南京中醫藥大學