表面張力法探究溫度對表面活性劑臨界膠束濃度的影響

王寶仁

（遼寧石化職業技術學院督導與質量評價中心，遼寧 錦州 121001）

1.前言

臨界膠束濃度（critical micelle concentration，簡稱cmc）作為表面活性劑的表面活性的一種量度，是表征表面活性劑特性的重要指標之一。臨界膠束濃度決定表面活性劑的用量[1]。因此，深入探究溫度對表面活性劑臨界膠束濃度的影響，對于配方師具有實際應用價值。

分析表面活性劑的cmc的目的是弄清表面活性劑水溶液的物理性質cmc附近發生顯著變化。常用的cmc測定方法有表面張力法、染料增溶法、電導率法、光散射法等。但是，不同理化性質對表面活性劑總濃度變化的響應范圍和靈敏度不同，導致采用不同方法所測得的cmc值也有所不同[1]。本文采取表面張力法對非離子型表面活性劑的cmc進行了測定，探究了溫度對表面活性劑cmc的影響。

2.實驗部分

2.1 儀器及試劑

FA1204B型電子天平（上海佑科儀器儀表有限公司）:78-1型磁力加熱攪拌器（金壇市華峰儀器有限公司）；壓力計（南京桑力電子設備廠）；恒溫水浴槽。

吐溫-80溶液（山梨醇聚氧乙烯酯）；所有試劑均為分析純，水為二次去離子水。

2.2 表面張力法實驗過程

先用滴液漏斗、帶有支管的玻璃管、燒杯、毛細管和數字式微壓差測壓計等，組裝成如圖1所示的最大氣泡法裝置。

將恒溫水浴槽的溫度分別設定為20℃、30℃、40℃、50℃，待溫度恒定即開始實驗。在滴液漏斗中裝滿水，加適量吐溫-80溶液于支管試管中，調節毛細管的高低，使其管口剛好與液面相切；然后，把支管試管插入恒溫槽；保持毛細管處與垂直位置，在20℃恒溫水浴10min；打開滴液漏斗活塞緩慢抽氣，控制滴液速度，使毛細管溢出氣泡的速度保持在8～12個/min；在精密數字微壓差計上讀出氣泡單個溢出時的最大壓力差，重復讀數3次，取平均值并記錄數據[2]。在30℃、40℃、50℃恒溫水浴槽中重復上述過程并記錄數據。

圖1 最大氣泡法測定表面張力裝置圖

3.結果與討論

3.1 吐溫80溶液cmc與溫度的關系

表面張力法中測定的壓力差ΔP=2σ/r，其中r為毛細管半徑。由此求出在特定溫度下的溶液表面張力。以表面張力對濃度作圖，圖像中的轉折點即為cmc。

將不同溫度下的吐溫80溶液所測得表面張力/濃度關系制得表1，并繪制圖2。

由圖2可得出，隨著溫度的升高，溶液的表面張力會減小，且cmc值隨溫度升高而微弱降低。這說明，對于非離子表面活性劑，溫度升高會削弱其親水基鏈的水合作用，有利于膠團形成，從而促使臨界膠束濃度降低。因此，cmc隨溫度升高而降低[3]。

圖2 不同溫度下吐溫80溶液表面張力/濃度關系

3.2 方法對比

采用表面張力法測定表面活性劑cmc值的優點是:最大氣泡法所用儀器設備可自行裝配，而且取樣少，操作方便，數據處理簡便，應用范圍較寬。離子型和非離子型表面活性劑都可以應用該法進行測定；但測量溫度較高時，不宜用該方法準確測量。用此法測定發泡溶液的表面張力時，應盡快讀出最高壓差，不能讓泡沫在液面上過多地堆積，以免影響溶液濃度和形成靜壓頭。此外，注意一種溶液要用同一支毛細管測定，并且測定溫度要控制恒定。

表1 不同溫度下的吐溫80溶液表面張力/濃度的關系

4.結論

除了本文所討論的方法，還可以采用電導率法來測定表面活性劑的臨界膠束濃度。在所討論的范圍內（20℃～50℃），隨著溫度的升高，非離子型表面活性劑的cmc值呈現出下降的趨勢。

[1]閆菡,鄭利強.低溫洗滌用表面活性劑的研究[J].中國洗滌用品工業,2001(1):82-84.

[2]常照榮.物理化學實驗[M].鄭州:河南科學技術出版社,2009:119-124.

[3]趙喆,王齊放.表面活性劑臨界膠束濃度測定方法的研究進展[J].實用藥物與臨床,2010,13(2):140-144.