0. ВСТУП
Криві концентраційних залежностей зміни фізико-хімічних властивостей водних розчинів поверхнево-активних речовин (ПАР) є специфічними. В певній галузі концентрацій, зазвичай дуже вузькою, ці криві мають екстремуми, які можна пояснити утворенням в обсязі розчину агрегатів молекул. Концентрацію, при якій з'являються ці екстремуми, називають "критичною концентрацією міцелоутворення" (ККП).
При рівній довжині гидрофобной частини молекули ПАР критична концентрація міцелоутворення зазвичай є вище для іонних поверхнево-активних речовин, ніж для неіонногенних. На критичну концентрацію міцелоутворення, незалежно від структури поверхнево-активної речовини, впливають температура, а також природа і кількість домішок як неорганічних, так і органічних. Тому заздалегідь повинні бути обговорені умови, які можуть впливати на кінцевий результат, в тому числі повинна бути відома чистота продукту і, наскільки це можливо, склад і кількість домішок, наявність яких може значно змінити поверхневий натяг (корисно знати, чи є домішки органічної або неорганічної природи, і, якщо можливо, їх концентрації).
Точні значення критичної концентрації міцелоутворення не можуть бути отримані з безпосередніх вимірювань, але граничні межі ККМ можуть бути визначені з кривих концентраційної залежності поверхневого натягу розчинів ПАР. Отримані таким чином значення ККМ цілком задовольняють практиків.
1. ПРИЗНАЧЕННЯ
Цей стандарт встановлює метод визначення критичної концентрації міцелоутворення розчинів аніонних і неіонногенних поверхнево-активних речовин в дистильованої воді або інших водних системах шляхом вимірювання поверхневого натягу з використанням в якості робочого елемента пластини, скоби або кільця.
2. Області застосування
Цей метод визначення ККМ можна використовувати як для чистих, так і для технічних ПАР (іонногенних і неіонногенних) при будь-яких температурах, відмінних не менше ніж на 5 ° С від критичних, - температури помутніння для неіонногенних ПАР і температури Крафта для іонногенних ПАР.
Слід мати на увазі, що для вимірювань при температурі вище, ніж температура в лабораторії, необхідно термостатіровать вимірювальну кювету і вимірювальну частину тензіометра, а також вжити заходів щодо запобігання випаровування розчинника.
3. ВИЗНАЧЕННЯ
3.1. Міцела - агрегат з молекул і (або) іонів, що утворюються в розчинах ПАР при перевищенні певної критичної концентрації.
3.2. Критична концентрація міцелоутворення (ККМ) - характерна для ПАР в розчині концентрація (на практиці вузький інтервал концентрацій), при перевищенні якої з'являються і розвиваються міцели, що призводить до різкої зміни залежно ряду фізико-хімічних властивостей від концентрації.
3.3. Температура Крафта - температура (практично вузький температурний інтервал), при якій розчинність іонногенних ПАР різко збільшується. При цій температурі розчинність досягає значення критичної концентрації міцелоутворення.
3.4. Поверхневий натяг - натяг в поверхневому шарі рідини, що виражається силою, віднесеної до одиниці довжини. Поверхневий натяг - прояв взаємного тяжіння молекул. Насправді існує не еластичний "поверхневий шар", а помітне тяжіння між молекулами поверхні і молекулами, що знаходяться під цією поверхнею, спрямоване до внутрішнього об'єму рідини. Поверхневий натяг висловлюють в ньютонах на метр (Н / м). На практиці використовують мілліньютон (мН / м) (1 мН / м = 1 дин / см).
4. ПРИНЦИП МЕТОДУ
Метод заснований на вимірюванні поверхневого натягу серії розчинів ПАР концентраціями нижче і вище критичної концентрації міцелоутворення і подальшому побудові графіка залежності поверхневого натягу від логарифма концентрації ПАР. ККМ відповідає область перетину двох кривих.
5. РОЗЧИННИК
6. АПАРАТУРА
Тензіометр, оснащений пластиною, скобою або кільцем.
Баня водяна, що дозволяє контролювати температуру розчину від 20 до 80 ° С з похибкою ± 1 ° С.
Примітка. Перед проведенням випробувань вся хімічний посуд повинна перебувати протягом приблизно 12 год в хромової суміші, приготовленої з сірчаної кислоти (1,84 г / см) і рівного об'єму насиченого розчину біхромату калію, потім посуд промивається дистильованою водою (поверхневий натяг кінцевої промивної води повинно бути рівним поверхневому натягу вихідної води; поверхневий натяг вимірюють за допомогою тензіометра).
7. ЗРАЗКИ
Лабораторний зразок анионного або неіонногенного ПАР готують і зберігають відповідно до вимог ГОСТ 6732.1 - ГОСТ 6732.5 і з ГОСТ 2517.
8. ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАННЯ
8.1. У попередньо зважених склянках готують 10 розчинів різних концентрацій ПАР таким чином, щоб в числі цих розчинів виявився розчин очікуваної критичної концентрації. Ці розчини, кожен з яких має масу точно 50 г, отримують або розведенням вихідного розчину ПАР масової концентрації 200 мг / дм до потрібної концентрації, або розчиненням додаткової частини лабораторного зразка ПАР, яку зважують з похибкою ± 0,1 мг.
8.2.1. Приблизне визначення області ККМ
Температуру водяній лазні доводять до температури вимірювань. Якщо точка Крафта досить низька (нижче або дорівнює 15 ° С), вимірювання проводять при (20 ± 1) ° С, в іншому випадку для аніонних ПАР температура вимірювань повинна бути принаймні на 5 ° С вище точки Крафта. Для неіонногенних ПАР вимірювання проводять при (20 ± 1) ° С.
Примітка. Випробування можна проводити і при інших температурах, але з обов'язковим зазначенням цієї температури в протоколі.
Кожен стакан, що містить випробовуваний розчин, приготований з п.9.1, накривають годинниковим склом і поміщають у водяну баню з контрольованою температурою. Поверхневий натяг кожного розчину вимірюють відповідно до інструкції до тензіометрія. Використовуючи отримані результати, будують графік, як описано в п.9.3, залежно поверхневого натягу від концентрації, який вимикає область, яка містить ККМ.
8.2.2. визначення ККМ
На підставі отриманих результатів готують шість нових розчинів ПАР концентраціями, близькими до ККМ (зважуванням або розведенням вихідного розчину).
Кожен стакан накривають годинниковим склом і поміщають у водяну баню з контрольованою температурою. Перемішування розчинів проводять без використання мішалки, обертовими рухами склянки за допомогою руки. (Необхідно уникати утворення піни при випробуванні речовин зі збільшеним піноутворенням). Помічають час, вводять вимірювальну комірку тензіометра в розчин і не проводять вимірювань відповідно до інструкції до тензіометрія до тих пір, поки не пройде 3 години після розчинення або після розведення (в залежності від способу приготування розчину), і до тих пір, поки не буде забезпечити бажану температуру. Якщо необхідно, цей час може бути збільшено до тих пір, поки значення поверхневого натягу не стануть стабільними. У разі концентрації більш високою, ніж ККМ, час досягнення рівноваги може зменшитися до 15 хв.
Проводять три виміри з інтервалами 15 хв для кожної концентрації без прополіскування пластинки, скоби або кільця між вимірами. Інтервал між вимірами є адекватним, якщо три виміри не показують систематичного зміни, зниження або підвищення поверхневого натягу. Кожен раз при зміні концентрації промити пластину, скобу або кільце в етанолі і потім в дистильованої воді. Над полум'ям Не сушити.
8.3. Графічне зображення кривої
Будують графік, відкладаючи значення поверхневого натягу на осі ординат, а логарифми концентрації (г / дм) - на осі абсцис. Необхідно використовувати середні значення, визначені для кожної концентрації.
Загальна кількість точок на кривій - 16: шість точок, визначених відповідно до п.8.2.2, і десять - п.8.1. ККМ визначають з цієї кривої. Бажано підтвердити результат проведенням вимірів для розчину концентрації, попередньо визначеної як ККМ.
Для графічного визначення використовується масштаб, найбільш підходящий для виміряних значень поверхневого натягу (наприклад, 1 см = 2,5 мН / м).
9. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ
9.1. Графік поверхневого натягу
ККМ аніонних і неіонногенних ПАР, виражену в грамах на кубічний дециметр *, визначають з графіка залежності поверхневого натягу від логарифма концентрації. На кресленні зображені найбільш типові види кривих:
* У разі хімічно чистих речовин ККМ може бути виражена в молях на кубічний дециметр.
- ККМ відповідає точці на кривій, в якій відбувається різка зміна нахилу кривої;
- інтервал ККМ відповідає мінімуму на кривій;
- значення інтервалу ККМ визначити експериментально неможливо. Рекомендується повторити вимірювання, так як можлива помилка при проведенні випробування або інша причина роблять результати непридатними.
Приклади графіків поверхневого натягу
Приклади графіків поверхневого натягу
Якщо, не дивлячись на повторення вимірювань, крива виходить без мінімуму, інтервал ККМ визначити неможливо.
Різниця в результатах, отриманих на одному зразку в двох різних лабораторіях, не повинно перевищувати 10%.
10. ПРОТОКОЛ ВИПРОБУВАННЯ
Протокол випробування повинен включати:
б) температуру розчинення або розведення і температуру вимірювання поверхневого натягу;
в) використовується метод приготування розчинів: розведення або пряме зважування;
г) час між приготуванням розчину і проведенням вимірів;
д) значення використовуваних концентрацій;
е) спосіб отримання і якість дистильованої води;
ж) значення поверхневого натягу для кожної концентрації;
з) обчислення значень поверхневого натягу за допомогою відповідної формули;
і) криву залежності поверхневого натягу від логарифма концентрації;
к) отримані результати, тобто цифрове значення ККМ або інтервал ККМ;
л) використовувану апаратуру;
м) будь-яку операцію, що не включена до даний стандарт або стандарти, на які є посилання, а також будь-які випадковості, які можуть впливати на результати.
ГОСТ 29232-91 (ІСО 4311-79) Аніонні і неіонногенние поверхнево-активні речовини. Визначення критичної концентрації міцелоутворення. Метод визначення поверхневого натягу за допомогою пластини, скоби або кільця