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不同質(zhì)量濃度、pH、鹽度對三七根提取物水溶液表面張力的影響(二)
來源:日用化學(xué)工業(yè) 瀏覽 539 次 發(fā)布時間:2025-01-23
2結(jié)果與討論
2.1三七根提取物的理化性質(zhì)
2.1.1三七根提取物水溶液的pH和電導(dǎo)率
將三七根提取物配制為5 g/L的水溶液并稀釋至各待測濃度,測定其pH值和電導(dǎo)率,結(jié)果如表1所示。由表1可知,三七根提取物水溶液呈弱酸性,電導(dǎo)率較低。Russell提出可以使用電導(dǎo)率儀來計算溶液的離子濃度,以此來量化物質(zhì)的離子性強弱。因此,三七根提取物在水溶液中的離子性較弱,屬于一種非離子表面活性劑。
表1三七根提取物水溶液的pH及電導(dǎo)率
2.1.2三七根提取物的表面張力、臨界膠束濃度、pc20及HLB值
測量不同質(zhì)量濃度的三七根提取物水溶液的表面張力,并繪制表面張力(γ)對質(zhì)量濃度(ρ)的對數(shù)曲線如圖1所示。由圖1可知,隨著三七根提取物的含量增加,溶液的表面張力從65.89 mN/m開始急劇下降,之后逐漸變緩,表明三七根提取物具有較強的表面活性。將轉(zhuǎn)折點兩側(cè)的擬合線外延,相交點的質(zhì)量濃度為0.06 g/L,為了方便計算與稱量,下文初步確定三七根提取物的cmc為0.1 g/L,對應(yīng)的γcmc為43.67 mN/m。
圖1不同質(zhì)量濃度三七根提取物的表面張力曲線
由三七根提取物的表面張力數(shù)據(jù)可得,三七根提取物的c20約為0.05 g/L,因此三七根提取物的pc20為1.30,cmc/pc20為0.08,表明三七根提取物降低表面張力的效率較高,形成膠束的傾向較強。根據(jù)cmc值計算表面活性劑的HLB值,三七根提取物的理論HLB值為11.02。
因三七不同部位所含皂苷的種類與總量不盡相同,本文也測量了三七葉莖提取物的表面活性。由實驗數(shù)據(jù)可知,三七葉莖提取物在25℃的cmc為0.25 g/L,對應(yīng)的γcmc為47.2 mN/m,其c20約為0.05 g/L,和三七根提取物接近。而三七葉莖提取物的pc20為1.30,cmc/pc20為0.19,表明三七葉莖提取物比三七根提取物更易吸附在表面,形成膠束的傾向弱于三七根提取物。
2.1.3三七根提取物表面張力的影響因素
1)酸堿度
將0.05,0.1和0.2 g/L的三七根提取物水溶液分別調(diào)節(jié)至pH為4.0~8.0,并測量其表面張力,結(jié)果如圖2所示。同一質(zhì)量濃度下三七根提取物的表面張力隨pH的降低而降低,這可能是因為三七根提取物中的皂苷含有羧基等弱酸性官能團,因此在酸性條件下皂苷的表面活性不會被破壞。
圖2 pH對三七根提取物水溶液表面張力的影響
2)鹽度
分別配制含NaCl質(zhì)量分數(shù)為0%,0.1%和1.0%,三七根提取物質(zhì)量濃度為0.05,0.1,0.2和1.0 g/L的水溶液,測量其表面張力,結(jié)果如圖3所示。相同質(zhì)量濃度下的三七根提取物水溶液,表面張力隨NaCl含量的增加而降低,cmc也有所下降。這表明隨NaCl的增加,三七根提取物降低表面活性的能力及效率都有所增加,可能是由于NaCl的水化作用較強,競爭三七根提取物極性基團附近的水化水,使其疏水作用增強,在界面易于排列形成更緊密的界面膜,有利于膠束形成,從而降低表面張力和cmc。
圖3鹽度對三七根提取物水溶液表面張力的影響
2.2 Tween 20水溶液的表面張力和臨界膠束濃度
測量不同質(zhì)量濃度的Tween 20水溶液的表面張力,并繪制表面張力(γ)對質(zhì)量濃度(ρ)的對數(shù)曲線如圖4所示。將轉(zhuǎn)折點兩側(cè)的擬合直線外延,相交點的質(zhì)量濃度為0.026 g/L,因此下文將Tween 20的cmc計為0.025 g/L,對應(yīng)的γcmc為40.1 mN/m。Tween 20的c20為0.005 g/L,因此pc20為2.301,cmc/pc20為0.011,在水溶液中更易形成膠團。
圖4不同質(zhì)量濃度Tween 20的表面張力曲線
2.3三七根提取物與Tween 20二元復(fù)配體系對表面張力的影響
2.3.1二元復(fù)配比例的確定
根據(jù)Rosen相分離模型,當二元混合表面活性劑復(fù)配體系在吸附達到平衡時,溶液相與表面相的化學(xué)勢能相等(μ溶=μ表),從吸附達到飽和時溶液相與表面相、膠束相的化學(xué)勢能相等(μ溶=μ表=μ膠)出發(fā),推導(dǎo)出復(fù)配增效的最佳質(zhì)量比值約等于各單一組分臨界膠束濃度的比值,即m1∶m2≈cmc1∶cmc2。根據(jù)之前的實驗結(jié)果,近似地將三七根提取物與Tween 20的復(fù)配質(zhì)量比定為4∶1。
2.3.2二元復(fù)配體系的表面活性增效
綜合利用Rosen理論及王正武等人對復(fù)配增效效果的理論,分別取單組分的臨界膠束濃度(cmc1,cmc2)及相應(yīng)組分表面張力(γ1,γ2)的加權(quán)平均值作為理想值。
cmc理=x1cmc1+x2cmc2
γ理=x1γ1+x2γ2
式中,x1和x2表示各組分的質(zhì)量分數(shù)。
從兩方面來判定二元體系復(fù)配增效的程度,用理論臨界膠束濃度(cmc理)降低的百分數(shù)(A)評價復(fù)配體系形成膠束能力增效,用理論表面張力(γcmc理)降低值的百分數(shù)(B)來表示降低溶液表面張力的能力增效。在25℃下,復(fù)配體系理論值和表觀值如表2所示。
表2復(fù)配體系的表面活性(25℃)
由表2可知,三七根提取物與Tween 20按不同質(zhì)量比復(fù)配后,均表現(xiàn)出一定程度的降低溶液表面張力能力增效。復(fù)配體系降低溶液表面張力的能力增效比較:體系Ⅲ>體系Ⅰ>體系Ⅱ;復(fù)配體系形成膠束的能力增效比較:體系Ⅱ>體系Ⅰ>體系Ⅲ。其中,體系Ⅱ形成膠束的能力增效41.18%,表明其形成膠束的能力較強。體系Ⅱ降低溶液表面張力的能力可以增效1.18%。在理論最佳復(fù)配質(zhì)量比下,復(fù)配體系cmc為0.05 g/L,γcmc為42.45 mN/m,復(fù)配增效作用比較明顯,因此選擇m(三七根提取物)∶m(Tween 20)=4∶1進行復(fù)配。