表面活性劑概念與分類(lèi)

表面活性劑是兼具親水親油的一類(lèi)兩親性化合物，在溶液的表面能夠定向排列，使表面張力顯*下降。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中具有兩親性：一端為親水基，常見(jiàn)的有羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽、羥基，醚鍵等；另一端為疏水基團(tuán)，常為非極性烴鏈，如8個(gè)碳原子以上烴鏈。表面活性劑常分為離子型和非離子型以及特種表面活性劑；離子型又分為陽(yáng)離子型、陰離子型和兩性。由于其獨(dú)特的界面性質(zhì)，表面活性劑被廣*的用在整個(gè)化工行業(yè)，幾乎涵蓋了精細(xì)化工的所有領(lǐng)域。

表面活性劑常見(jiàn)分析方法

在常見(jiàn)的精細(xì)化學(xué)品中，如清洗劑、金屬加工液、金屬表面處理劑、印染助劑等領(lǐng)域中所用到的表面活性劑一般為幾種復(fù)配，在樣品配方分析中單用一種手段難以實(shí)現(xiàn)全*的剖析。常用的表面活性劑分析多結(jié)合物理分離，分離前后進(jìn)行滴定，紅外光譜（IR），核磁共振分析（NMR），有機(jī)質(zhì)譜（MS）等綜合解譜分析，從而實(shí)現(xiàn)定性定量測(cè)量。 

Bruker的紅外光譜（IR）分析軟件OPUS可利用其光譜庫(kù)快速辨別未知成分，光譜庫(kù)中包含9000多種光譜圖和創(chuàng)新的多成分搜索路徑，能夠用于對(duì)未知物樣品以及混合物樣品進(jìn)行譜庫(kù)檢索，以及對(duì)混合物樣品進(jìn)行剖析。憑借其快捷以及強(qiáng)大的圖譜庫(kù)，Bruker紅外光譜儀能夠在表面活性劑分析中起到重要作用。

不同類(lèi)型表面活性劑紅外圖譜分析

01

陰離子表面活性劑

陰離子表面活性劑分為四大類(lèi)：羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸酯。

羧酸鹽

脂肪皂鹽類(lèi)表面活性劑在1564cm^-1左右呈特征吸收。用酸酸化后，此吸收消失，而出現(xiàn)1710cm^-1吸收峰，下圖為某清洗劑分離組分的紅外光譜圖以及圖庫(kù)匹配的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)圖譜，根據(jù)圖庫(kù)匹配該組分為油酸鈉鹽。

磺酸鹽（金屬清洗劑）

*具代*性的磺酸鹽表面活性劑是十二烷基苯磺酸鈉（LAS），在1200-1150cm^-1出現(xiàn)寬闊的強(qiáng)吸收峰，1130-1， 1042 cm^-1為-S=O變形振動(dòng)吸收峰；1600、1500 cm^-1和900～700 cm^-1的為芳香環(huán)吸收峰；1013 cm^-1為-C-H 變形振動(dòng)。LAS中的直鏈烷基以1410 cm^-1和1380 cm^-1的末端甲基吸收為特征，而支鏈ABS除1400 cm^-1和380 cm^-1處的吸收外，還出現(xiàn)1367 cm^-1處的支鏈甲基的吸收。

磺酸鹽與硫酸酯鹽的紅外圖譜*大區(qū)別為：磺酸鹽的*大吸收波長(zhǎng)的波數(shù)低于1200 cm^-1，硫酸(酯)鹽的*大吸收波長(zhǎng)的波數(shù)在1220 cm^-1附近。上圖為某清洗劑分離組分的紅外圖譜以及圖譜庫(kù)*佳匹配標(biāo)準(zhǔn)圖譜，根據(jù)分析和圖庫(kù)匹配可以有力的判斷該組分為十二烷基苯磺酸鈉。

硫酸鹽（工業(yè)清洗劑）

下圖為某清洗劑直接烘干混合物的紅外圖譜以及*佳匹配，根據(jù)圖庫(kù)匹配判斷樣品中主要成為十二烷基硫酸鈉（K12）：1250,1207cm^-1的分裂的強(qiáng)吸收峰為-S=O變形振動(dòng)引起，除1220 cm^-1附近吸收外，在1120 cm^-1附近有寬吸收的話，即表明是AES，隨著環(huán)氧乙烷(EO)加合數(shù)增加，1120 cm^-1吸收帶增強(qiáng)。

磷酸酯鹽（紡織助劑）

磷酸酯鹽由于其耐堿性以及抗靜電作用，經(jīng)常被用在工業(yè)清洗劑以及紡織助劑中。下圖為脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鹽的紅外圖譜：磷酸酯在1240cm^-1附近和1087cm^-1處得吸收帶較顯*，分別為P=O振動(dòng)吸收峰和醚鍵吸收峰。

02

陽(yáng)離子表面活性劑

陽(yáng)離子表面活性劑有：胺鹽類(lèi)、季銨鹽類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)、鎓鹽類(lèi)。其特點(diǎn)是水溶性大，在酸性與堿性溶液中較穩(wěn)定，具有良好的表面活性作用和殺菌作用。常用品種有苯扎氯銨(潔爾滅)、苯扎溴銨(新潔爾滅)、十二烷基三甲基氯化銨和十八烷基三甲基氯化銨等。下圖為某醫(yī)用清洗劑分離組分的紅外圖譜：在1470 cm^-1附近裂分為兩個(gè)峰，在970和910 cm^-1也有吸收，可以判斷為為烷基三甲基型，910 cm^-1較強(qiáng)，720 cm^-1裂分，鏈長(zhǎng)為C12左右。

03

非離子表面活性劑

非離子表面活性劑和陰離子類(lèi)型相比較，乳化能力更高，并具有一定的耐硬水能力，是凈洗劑、乳化劑配方中不可或缺的成分。非離子表面活性劑大多為液態(tài)和漿狀態(tài)，它在水中的溶解度隨溫度升高而降低。

非離子表面活性劑具有良好的洗滌、分散、乳化、潤(rùn)濕、增溶、勻染、防腐蝕、和保護(hù)膠體等多種性能，廣*地用于紡織、造紙、食品、塑料、皮革、毛皮、玻璃、石油、化纖、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、染料、化肥、膠片、照相、金屬加工、選礦、建材、環(huán)保、化妝品、消防和農(nóng)業(yè)等各方面。

在我們的分析案例中常見(jiàn)于：在切削液，清洗劑，除油粉，紡織助劑，電鍍添加劑中。

非離子表面活性劑可分為聚氧乙烯醚型、多元醇型、烷基多苷型、烷醇酰胺型，嵌段聚醚型，其中聚氧乙烯醚和多元醇應(yīng)用領(lǐng)域*為廣*。聚氧乙烯醚又分為常見(jiàn)的烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的環(huán)氧乙烷加成物；其中多元醇（司盤(pán)（SPAN）和吐溫（TWEEN）、烷基酚聚氧乙烯醚（某金屬清洗劑主表面活性劑））應(yīng)用*為廣*。

聚氧乙烯醚類(lèi)表面活性劑*為特征為在1100cm^-1左右的-C-O醚鍵強(qiáng)吸收峰；壬基酚聚氧乙烯醚除了具有脂肪醇聚氧乙烯醚的長(zhǎng)碳鏈外，紅外光譜上還有1600,1500cm^-1苯環(huán)骨架振動(dòng)吸收峰；1249cm^-1為苯環(huán)C-O-C振動(dòng)吸收峰；3400cm^-1為-OH吸收峰。下圖為某金屬清洗劑烘干物紅外光譜測(cè)試圖譜，根據(jù)圖庫(kù)匹配可以很容易判斷該金屬清洗劑主要表面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚，具體的分子量以及種類(lèi)需要結(jié)合核磁等儀器測(cè)試進(jìn)一步確定。 

司盤(pán)（Span）（某切削液中組分）

司盤(pán)（Span）中文名為失水山梨醇脂肪酸酯，白色或微黃色蠟狀物、片狀體、粉沫狀。是w/o型乳化劑，具有很強(qiáng)的乳化、分散、潤(rùn)滑作用，可與各類(lèi)表面活性劑混用，尤其與吐溫-60（T-60）復(fù)配使用效果更佳。其HLB(親水親油平衡)值為4.7，在醫(yī)藥、化妝品生產(chǎn)中作W/O型乳化劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、干燥劑；紡織工業(yè)中作柔軟劑、抗靜電劑、整理劑；亦用作機(jī)械潤(rùn)滑劑；作為添加型防霧劑，具有良好的初期及低溫防霧滴性，適用于PVC（1～1.5%）、聚烯烴薄膜（0.5～0.7%）、EVA薄膜。其分子結(jié)構(gòu)如下：

HLB值----HLB值越大代*親水性越強(qiáng)，HLB值越小代*親油性越強(qiáng)，一般而言HLB值從1 ~ 40之間。親水親油轉(zhuǎn)折點(diǎn)HLB為10。HLB小于10為親油性,大于10為親水性。

 下圖為某切削液分離組分的紅外測(cè)試圖譜，其中1735 cm^-1處出現(xiàn)強(qiáng)的伸縮振動(dòng)為酯鍵吸收峰；3400cm^-1為-OH吸收峰；1467 cm^－1為－CH2－彎曲振動(dòng)吸收峰。

吐溫（TWEEN）

吐溫是TWEEN的音譯，也叫吐溫型乳化劑?；瘜W(xué)名稱(chēng)：聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，簡(jiǎn)稱(chēng)聚山梨酯(Polysorbate)。為司盤(pán)（Span，山梨醇脂肪酸酯）和環(huán)氧乙烷的縮合物，是一類(lèi)非離子型去污劑。吐溫-60為硬脂酸酯；吐溫-80為油酸酯；吐溫-20為月桂酸酯，為聚氧乙烯去水山梨醇單月桂酸酯和一部分聚氧乙烯雙去水山梨醇單月桂酸酯的混合物。

與司盤(pán)相比，吐溫在紅外光譜上的1110cm^-1醚鍵特征峰更寬更強(qiáng)，并且1740cm^-1的酯鍵峰強(qiáng)度也較大。

Bruker紅外光譜儀

紅外光譜法應(yīng)用廣*，檢測(cè)方便快速，是表面活性劑檢測(cè)*常用到的檢測(cè)方法之一。紅外光譜在對(duì)表面活性劑的檢測(cè)分析中具有無(wú)需分離提純，檢測(cè)速度快，不破壞樣品等特點(diǎn)，受到大家的重視。

在對(duì)陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑和非離子表面活性劑的的鑒別分析中，Bruker紅外光譜均展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，是表面活性劑分析研究領(lǐng)域的一大利器。