ПАВ_курс лекций
.pdf
ЛЕКЦИЯ 15. АНАЛИЗ ПАВ
Говоря об анализе ПАВ, прежде всего, необходимо определить, с какой целью будет проводиться этот анализ. В принципе, анализ ПАВ можно разделить на две большие части – анализ с целью установления структуры ПАВ и анализ с точки зрения коллоидно-химического поведения данного ПАВ. Для того чтобы установить структуру ПАВ, можно использовать всевозможные современные методы, включая спектроскопию, хроматографию и т.д. Чтобы оценить коллоидно-химическое поведение ПАВ, существует огромный круг физико-химических методик, суть большинства которых рассмотрена в курсах физической и коллоидной химии и частично в данном курсе. Все сказанное выше можно обобщить схемой на рис. 95.
Рис. 95. Схема анализа ПАВ
Рассматривать каждый из представленных в схеме пунктов нет необходимости, поскольку существует множество справочной литературы, посвященной анализу ПАВ. Ограничимся лишь рассмотрением классических стандартных методик, используемых при анализе ПАВ, а также приведем справочные данные по ИК-спектроскопии, касающиеся наиболее распространенных ПАВ.
Анализ анионных ПАВ. Химические методы: прямое титрование в этиленгликоле растворами соляной или хлорной кислоты с определение точки
131
эквивалентности потенциометрическим методом; двухфазное титрование; весовой метод – экстракция кислот диэтиловым эфиром с последующей отгонкой растворителя и взвешиванием осадка и пр.
Фотоколориметрические методы основаны на образовании окрашенной медной соли жирной кислоты, растворимой в хлороформе в присутствии триэтаноламина. При анализе сульфонатов метод базируется на способности таких соединений образовывать окрашенные комплексы с ионами органических красителей катионного типа, последующей экстракцией образованного комплекса и фотометрировании экстракта.
Спектроскопические методы – основаны на том, что мыла насыщенных жирных кислот почти не обнаруживают максимумов поглощения в УФ-области, а мыла ненасыщенных жирных кислот имеют максимум поглощения в области 220−230 нм. Алкилбензолсульфонаты имеют интенсивную полосу поглощения 218−224 нм, обусловленную введением в молекулу сульфогруппы; также в УФ-области лежат полосы поглощения всех ПАВ, содержащих ароматические ядра. Для алкилбензолов, алкилфенолов и алкилкрезолов характерны полосы поглощения при 250−280 нм. В соединениях с конденсированными ядрами максимумы поглощения сдвигаются в более длинноволновую область.
Анализ катионных ПАВ. Химические методы. Наиболее распространены различные методы титрования: двухфазное, неводное, а также метод осаждения. Двухфазное титрование основано на титровании катионного ПАВ анионным в смеси вода-хлороформ в присутствии индикаторов толуидинового синего, нейтрального красного, бромкрезолового зеленого, бромкрезолового пурпурного, метиленового синего или бромфенолового синего. В конце титрования наблюдается изменение окраски хлороформенного слоя (от бесцветного до окрашенного в зависимости от цвета выбранного индикатора).
Наиболее удобным методом определения ЧАС (четвертичных аммониевых солей) является неводное титрование хлорной кислотой в присутствии ацетата ртути. Титрование обычно проводят в уксусной или пропионовой кислоте.
132
Анализ неионных ПАВ. Анализ полиэтиленгликолей. Определение основано на растворимости полиэтиленгликолей в насыщенных водных растворах хлорида натрия при повышенной температуре. Для этого 25 г исследуемого продукта смешивают с 50 мл насыщенного при комнатной температуре раствора хлорида натрия в делительной воронке, смесь нагревают до 95 С и энергично встряхивают. После разделения фаз, нижнюю часть сливают, экстракцию проводят еще дважды с 50 мл чистого раствора хлорида натрия. В верхней фазе находятся неионогенные производные, очищенные от полиэтиленгликолей. Их анализируют, как правило, используя спектральные методы.
ИК-спектроскопия ПАВ. ИК-спектроскопия находит применение как в структурном, так и в количественном анализе ПАВ всех классов. Ниже приведены характеристические полосы поглощения наиболее распространенных ПАВ в ИК-спектрах (табл. 12).
Таблица 12
Характеристические полосы поглощения наиболее распространенных ПАВ в ИК-спектрах
Название ПАВ |
Адсорбционные полосы, мкм |
|
|
Жирные кислоты и их мыла |
3,4−3,5; 6,4; 7,0; 13,9; (14,4) |
|
|
Соли н-алкилсульфатов |
3,4−3,5; 6,8; 8−8,2; 9−9,3; 10,0; 12,0; 13,9 |
|
|
Соли втор-алкилсульфатов |
3,4−3,5; 6,8; 7,3; 8−8,4; 9,4; 10,7; 12,5−12,8 |
|
|
Соли 2-этилгексилсульфатов |
3,4; 6,8; 7,8−8,3; 9,3; 10,0; 11,8−12,3 |
|
|
Сульфатированное касторовое |
3,4; 5,9; 6,4; 6,8−7,1; 8−8,4; 9,4; 10,7; 13,8 |
масло |
|
|
|
Соли втор-алкансульфонатов |
3,4−3,5; 6,8; 8,3−8,7; 9,5; 13,9 |
|
|
Соли бис(2этилгексил)- |
3,0; 3,4; 5,8; 6,8; 8−8,3; 9,6; (13,8) |
сукцинатосульфоната |
|
|
|
Соли алкилароматических |
3,4; 6,8; 7,25; 8,3−8,5; 8,8; 9,6; 9,9; 13,9; |
сульфокислот |
14,6 |
|
|
Соли алкилбензолсульфонатов |
3,4; 6,8; 7,25; 7,32; 8,4; 8,8; 9,6; 9,9; 12,0; |
|
13,2; 15,0 |
|
|
Соли дибутилнафталин- |
3,4; 6,3; 6,8; 7,3; 8,4; 9,5; 12,3−13,4; |
сульфонатов |
14,3−15,0 |
|
|
|
133 |
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 12 |
|
|
|
|
|
|
Название ПАВ |
Адсорбционные полосы, мкм |
|
|
|
|
|
|
Сахароза моностеарат |
3,0; 3,4; 5,7; 6,8; 9,4; 10,1; 10,7; 13,8 |
|
|
|
|
|
|
Сорбитан-тристеарат |
3,4−3,5; 5,8; 6,8; 8,5; 9,2; 13,8 |
|
|
|
|
|
|
N,N-бис(2-гидроксиэтил)- |
3,2; 3,5; (6,2); 6,8; 9,6; (10,6); 11,4; 13,8 |
|
|
амиды жирных кислот |
|
|
|
|
|
|
|
ПЭГ 600 |
3,0; 3,5; 6,8−8; 8,6−9,2; 10,6; 11,8 |
|
|
|
|
|
|
Моноалкиловые эфиры |
3,0; 3,5; 6,8−8; 8,7−9,2; 10,6; 11,4; 13,9 |
|
|
полиэтиленгликоля |
|
|
|
|
|
|
|
Соли алкилполиоксиэтилен- |
3,4; 3,5; 6,8; 8−8,3; 8,8; 9,4; 9,8; 10,7; 12,8; |
|
|
сульфатов |
13,9 |
|
|
|
|
|
|
Монононилфениловые эфиры |
2,9; 3,4−3,5; (5,1); 6,2; 6,6−9,8; 10,5; 12,0 |
|
|
полиэтиленгликоля |
|
|
|
|
|
|
|
Гексадециламмоний хлорид |
3,4; (4,9); 6,2; 6,6; 6,8; (7,2); 8,7; 13,9 |
|
|
|
|
|
|
Гексадецилтриметиламмоний |
3,4-3,5; 6,7−6,8; (7,1); 10,4; 10,9−11; 13,9 |
|
|
хлорид |
|
|
|
|
|
|
|
Додецилдиметилбензил- |
3,0; 3,4−3,5; 6,8; (7,3); (8,2); 13,8; 14,3 |
|
|
аммонийхлорид |
|
|
|
|
|
|
|
Додецилдиметиламиноксид |
3,0; 3,4−3,5; 6,8; 10,4; (10,6); 12,7−12,9; |
|
|
|
13,9 |
|
|
|
|
|
|
Гексадецилпиридинийбромид |
(2,9); 3,4−3,5; 6,1; 6,7−6,8; 7,3; 8,5; 9,7; |
|
|
|
12,9; 14,7 |
|
|
|
|
|
Рекомендуемая литература
1.Поверхностно-активные вещества. Справочник / А.А. Абрамзон, В.В. Бочаров [и др.]; под ред. А.А. Абрамзона. Л.: Химия, 1979.
376 с.
2.Агеев А.А., Волков В.А. Поверхностные явления и дисперсные системы в производстве текстильных материалов и химических волокон. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево», 2004. 464 с.
3.Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, анализ и применение / пер. с англ.; под ред. Л.П. Зайченко. СПб.: Профессия, 2005. 240 с.
134
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, вы познакомились с особенностями строения и поведения ПАВ. В качестве заключения можно кратко остановиться на основных областях применения ПАВ.
Во-первых, ПАВ используются в качестве моющих средств, с которыми в быту встречается человек каждый день. ПАВ входят в состав стиральных порошков, средств для мытья посуды, шампуней и зубных паст. Вовторых, ПАВ являются хорошими стабилизаторами дисперсных систем и, благодаря этому, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. В частности, при помощи ПАВ проводится эмульсионная полимеризация, флотация и ряд других процессов. Без ПАВ невозможно получение ряда препаратов медицинского назначения, например, микрокапсулированных систем. В-третьих, пожаротушение не может обходиться без пен, стабилизированных молекулами ПАВ.
Необходимо отметить, что все биологически активные вещества, из которых состоят живые организмы (аминокислоты, пептиды, белки, липиды и т.д.), также имеют дифильное строение и, соответственно, представляют собой ПАВ. Таким образом, все биохимические процессы, протекающие в живых клетках, невозможны без их участия.
Однако, работая как с природными, так и с синтетическими ПАВ, необходимо учитывать не только их положительную, но и отрицательную роль. Например, высокое пенообразование может иметь негативное значение для многих технологических процессов. Для подавления пен используются специальные вещества – пеногасители. ПАВ приносят много проблем с точки зрения экологии при очистке сточных вод.
При работе с ПАВ необходимо руководствоваться знаниями об особенностях их поведения на различных границах раздела фаз. Лекционный курс дает лишь краткое представление об этом, поэтому необходимо совершенствовать и углублять свои знания.
135
Учебное издание
КИЕНСКАЯ Карина Игоревна САРДУШКИН Макар Владимирович ЯРОВАЯ Оксана Викторовна АВРАМЕНКО Григорий Владимирович
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ Курс лекций
Редактор Е. В. Копасова Подписано в печать 11.07.2016 г. Формат 60х84 1/16
Усл. печ. л. 7,9. Уч.- изд. л. 7,9. Тираж 100 экз. Заказ Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева
Издательский центр Адрес университета и издательского центра:
125047 Москва, Миусская пл., 9
136