紅外光譜在表面活性劑

（清洗劑，紡織助劑等領域）分析中的應用

1. 表面活性劑概念與分類
   　　表面活性劑是兼具親水親油的一類兩親性化合物，在溶液的表面能夠定向排列，使表面張力顯著下降。表面活性劑的分子結構中具有兩親性：一端為親水基，常見的有羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽、羥基，醚鍵等；另一端為憎水基團，常見的是極性烴鏈。表面活性劑常分為離子型禾非離子型以及特種表面活性劑；離子型又分為陽離子型、陰離子型和兩性。由于其獨特的界面性質，表面活性劑被廣泛的用在整個化工行業，幾乎涵蓋了精細化工的所有領域。

1. 表面活性劑常見分析方法
   　　在常見的精細化學品中，如清洗劑、金屬加工液、金屬表面處理劑、印染助劑等領域中所用到的表面活性劑一般為幾種復配，在樣品配方分析中單用一種手段難以實現全面的剖析。常用的表面活性劑分析多結合物理分離，分離前后進行滴定，紅外光譜（IR），核磁共振分析（NMR），有機質譜（MS）等綜合解譜分析，從而實現定性定量。 其中紅外光譜分析（IR），OMNIC光譜庫可快速辨別未知成分，包括了9000種光譜圖和創新的多成分搜索路徑，對未知物樣品以及混合物樣品光譜進行譜庫檢索，對混合物樣品可以進行剖析。由于其快捷以及強大的圖譜庫，在表面活性劑分析中至關重要?！?br />  

3.不同類型表面活性劑紅外圖譜分析
一、陰離子表面活性劑
陰離子表面活性劑分為四大類：羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸酯。
　　羧酸鹽
　　脂肪皂鹽類表面活性劑在1564cm^-1左右呈特征吸收。用酸酸化后，此吸收消失，而出現1710cm^-1吸收峰，圖1為某清洗劑分離組分的紅外光譜圖以及圖庫匹配的標準物質圖譜，根據圖庫匹配該組分為油酸鈉鹽。

磺酸鹽（金屬清洗劑）
　　最具代表性的磺酸鹽表面活性劑是十二烷基苯磺酸鈉（LAS），
　　在1200-1150cm^-1出現寬闊的強吸收峰，1130^-1， 1042 cm^-1為-S=O變形振動吸收峰；1600、1500 cm^-1和900～700 cm^-1的為芳香環吸收峰；1013 cm^-1為-C-H 變形振動。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處得吸收外，還出現1367 cm^-1處得支鏈甲基的吸收。磺酸鹽與硫酸酯鹽的紅外圖譜最大區別為：磺酸鹽的最大吸收波長的波數低于1200 cm^-1，硫酸(酯)鹽的最大吸收波長的波數在1220 cm^-1附近。圖2為某清洗劑分離組分的紅外圖譜以及圖譜庫最佳匹配標準圖譜，根據分析和圖庫匹配可以有力的判斷該組分為十二烷基苯磺酸鈉。

硫酸鹽（工業清洗劑）
    圖3為某清洗劑直接烘干混合物的紅外圖譜以及最佳匹配，根據圖庫匹配判斷樣品中主要成為十二烷基硫酸鈉（K12）：1250,1207cm-1的分裂的強吸收峰為-S=O變形振動引起，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，隨著環氧乙烷(EO)加合數增加，1120 cm-1吸收帶增強。

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，經常被用在工業清洗劑以及紡織助劑中。烷基磷酸酯鹽有烷基磷酸酯和烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鹽（通常為鉀鹽），圖4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處得吸收帶較顯著，分別為P=O振動吸收峰和醚鍵吸收峰。

二、陽離子表面活性劑
　　陽離子表面活性劑有：胺鹽類、季銨鹽類、雜環類、鎓鹽類。其特點是水溶性大，在酸性與堿性溶液中較穩定，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。圖5為某醫用清洗劑分離組分的紅外圖譜：在1470 cm^-1附近裂分為兩個峰，在970和910 cm^-1也有吸收的話，為烷基三甲基型，910 cm^-1較強，720 cm^-1裂分，鏈長為C12左右。

三、非離子表面活性劑
　　非離子表面活性劑和陰離子類型相比較，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和漿狀態，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、潤濕、增溶、勻染、防腐蝕、和保護膠體等多種性能，廣泛地用于紡織、造紙、食品、塑料、皮革、毛皮、玻璃、石油、化纖、醫藥、農藥、涂料、染料、化肥、膠片、照相、金屬加工、選礦、建材、環保、化妝品、消防和農業等各方面。
在我們的分析案例中常見于：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用領域最為廣泛。聚氧乙烯醚又分為常見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、聚丙二醇的環氧乙烷加成物；其中多元醇應用最為廣泛為司盤（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）
　　聚氧乙烯醚類表面活性劑最為特征為在1100cm-1左右的-C-O醚鍵強吸收峰，寬而強；壬基酚聚氧乙烯醚除了具有脂肪醇聚氧乙烯醚的長碳鏈外，紅外光譜上還有1600,1500苯環骨架振動吸收峰；1249cm-1為苯環C-O-C振動吸收峰；3400cm-1為-OH吸收峰。圖6為某金屬清洗劑烘干物紅外光譜測試圖譜，根據圖庫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需要結合核磁等儀器測試進一步確定。

　　司盤（Span）（某切削液中組分）
　　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，具有很強的乳化、分散、潤滑作用，可與各類表面活性劑混用，尤其適應與吐溫-60（T-60），復配使用效果更佳。HLB(親水親油平衡)值4.7，在醫藥、化妝品生產中作W/O型乳化劑、穩定劑、增塑劑、潤滑劑、干燥劑；紡織工業中作柔軟劑、抗靜電劑、整理劑；亦用作機械潤滑劑；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，分子結構如下：

　　圖7為某切削液分離組分的紅外測試圖譜，其中1735 cm－1處出現強的伸縮振動為酯鍵吸收峰；3400cm－1為-OH吸收峰；1467 cm－1為－CH2－彎曲振動吸收峰。

　　TWEEN
　　　吐溫是(TWEEN)的音譯，也叫吐溫型乳化劑?；瘜W名稱：聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，簡稱聚山梨酯(Polysorbate)。為司盤（Span，山梨醇脂肪酸酯）和環氧乙烷的縮合物，為一類非離子型去污劑。產品系列：吐溫20、吐溫21、吐溫40、吐溫60、吐溫61、吐溫80、吐溫81、吐溫85；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。

　　　與司盤相比，吐溫在紅外光譜上的醚鍵特征峰1110cm-1附件寬又強，并且1740cm-1的酯鍵峰強度較大。

注釋1：HLB值
　　HLB值----HLB值越大代表親水性越強，HLB值越小代表親油性越強，一般而言HLB值從1 ~ 40之間。親水親油轉折點HLB為10。HLB小于10為親油性,大于10為親水性。

1-3作消泡劑；　　
　　　　　3-6作W/O型[乳化劑；
　　　　　7-9作潤濕劑； 　　
　　　　　8-18作O/W型乳化劑；
　　　　　13~15作去污劑；
　　　　　15~18作增溶劑。

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