十四烷基三甲基氯化铵/十二烷基苯磺酸钠混合表面活性剂双水相体系的萃取性能

周金生，周 莉＊，汤皎宁

（1.深圳大学 化学与化工学院，广东 深圳518060；2.深圳大学 材料学院，深圳市特种功能材料重点实验室，广东 深圳518060）

十四烷基三甲基氯化铵/十二烷基苯磺酸钠混合表面活性剂双水相体系的萃取性能

周金生1，周 莉1＊，汤皎宁2

（1.深圳大学 化学与化工学院，广东 深圳518060；2.深圳大学 材料学院，深圳市特种功能材料重点实验室，广东 深圳518060）

研究了十四烷基三甲基氯化铵（TTAC）与十二烷基苯磺酸钠（SDBS）混合表面活性剂水溶液双水相体系的分相情况、萃取性能及两相的微观结构.结果表明，TTAC/SDBS混合表面活性剂水溶液在30℃下能够形成稳定的双水相体系；该双水相体系对亚甲基蓝、靛红都具有一定的萃取分离作用.其上、下两相的微观结构明显不同，这是其能够形成稳定双水相体系且具有萃取作用的重要原因.

TTAC；SDBS；混合表面活性剂；双水相体系；萃取性能

表面活性剂双水相是指正、负离子表面活性剂混合水溶液在一定浓度及混合比范围内，自发分离形成的两个互不相溶的水相.正、负离子混合表面活性剂双水相系统的发现为生物活性物质分离提供了一种新的双水相系统[1].20世纪80年代中期KULA等人[2]首先将双水相系统应用于从细胞匀浆液中提取酶和蛋白质，从而大大改善了胞内酶的提取效率.HUSTEDT等人[3－4]又在工艺流程、操作参数、成本分析等方面对双水相分配技术的工业应用进行了分析和尝试.80年代中后期，KARLSTROM等人[5－6]，以Flory－Huggins理论为基础，推导了系列双水相系统的热力学模型以及生物分子的分配模型.进入90年代，世界各国的学者研究了一些新型双水相系统，并且实现了双水相分配与相关技术的有效集成化.目前，双水相技术研究主要集中在廉价的、新型的双水相体系的开发以及双水相萃取技术应用等方面[7－10].

作者研究了十四烷基三甲基氯化铵（TTAC）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）混合双水相体系的分相情况及其对亚甲基蓝和靛红的萃取性能，通过对两相的微观结构的分析，探讨了形成稳定双水相体系及其具有萃取作用的原因.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

SDBS，特定级，广东光华化学厂有限公司；TTAC，纯度＞99.9%，上海生物工程有限公司；靛红，BR，上海化学试剂采购供应站经销社.UV－2501PC分光光度计，光尼柯仪器有限公司；303A－00型数显台式培养箱，上海浦东荣丰科学仪器有限公司 ；MS－1minishaker振荡仪，马来西亚IKA公司；LGJ－10冷冻干燥机，宁波新芝生物科技股份有限公司；S－3400N（II）型扫描电子显微镜，日本日立公司.

1.2 实验方法

分别配制浓度为0.05、0.10、0.20mol/L的TTAC和SDBS的水溶液.按不同比例混合得总浓度为0.05、0.10、0.20mol/L的混合离子表面活性剂溶液，摇匀后用 MS－1minishaker振荡仪振荡搅拌5min，恒温下静置72h，观察分相情况，并绘制三相图.对分相后体系上下相分别冻干后，用扫描电镜观察其微观结构.在体系中分别添加亚甲基蓝和靛红，分离后用UV－2501PC分光光度计分别在664.5nm、605.5nm处测定吸光度，计算浓度，用时间－浓度曲线和分配系数表示萃取效果.

2 结果与讨论

2.1 TTAC/SDBS混合双水相体系分相区域

图1为在30℃下，TTAC/SDBS混合双水相体系的三元相图.由图1可以得出此双水相体系分相规律为：随着表面活性剂浓度的增大，其分相区域变得越来越宽.

图1 TTAC/SDBS/H2O体系在30℃下的三元相图Fig.1 The phase diagram of TTAC/SDBS/H2O system at 30℃

2.2 TTAC/SDBS混合双水相体系的萃取性能

选取30℃，表面活性剂总浓度0.20mol/L，配比n（TTAC）∶n（SDBS）＝1∶1.4的双水相体系作为萃取体系分别对亚甲基蓝、靛红进行萃取.图2为亚甲基蓝的萃取时间－浓度曲线，图3为靛红的萃取时间－浓度曲线.表1为不同温度下各物质的萃取分配系数.

图2 亚甲基蓝双水相萃取时间－浓度曲线Fig.2 The extraction time－concentration curve of the methylene blue in two－phase

图3 靛红的双水相萃取时间－浓度曲线Fig.3 The extraction time－concentration curve of the isatin in two－phase

图2、图3表明：本体系萃取亚甲基蓝时，上相浓度大于下相，随着萃取时间的增加，亚甲基蓝在上相的浓度不断加大，约9h达到平衡.而萃取靛红时，下相浓度大于上相，随着萃取时间的增加下相浓度先减小再增加，约9h达到平衡.由表1可以看出，体系对亚甲基蓝的萃取效果好于靛红.

出现上述情况主要是体系的性质决定的.本体系的上相为富含表面活性剂的呈现絮凝胶团状的溶液，极性较小，而下相为低表面活性剂浓度的水溶液，极性较大.根据相似相溶原理，亚甲基蓝极性较小因而比较容易在上相富集，而靛红极性较大因而容易在下相富集.此外，亚甲基蓝（C16H18ClN3S，373.9）的相对分子质量较靛红（C16H8N2Na2O8S2，466.36）小，比较容易在富含表面活性剂的上相稳定存在.所以不同物质在上、下两相分配不同，其本质是上、下相结构不同.这个实验结果通过对上、下相的扫描电镜微观结构分析得到了进一步证实.

表1 各物质的萃取分配系数Table 1 Extract－distribution coefficient of the materials

2.3 TTAC/SDBS混合双水相体系的微观结构

图4、图5分别为30℃，表面活性剂总浓度为0.20mol/L，配比n（TTAC）∶n（SDBS）＝1∶1.4的双水相体系上下相的扫描电镜图.图6、图7分别为30℃，表面活性剂总浓度0.20mol/L，配比n（TTAC）∶n（SDBS）＝1∶1.4的双水相体系萃取亚甲基蓝后的上下相的扫描电镜图.

图4 纯上相的扫描电子显微镜照片Fig.4 The SEM photograph of the upper phase

图5 纯下相的扫描电子显微镜照片Fig.5 The SEM photograph of the bottom phase

图6 含亚甲基蓝上相的扫描电子显微镜照片Fig.6 The SEM photograph of the upper phase with methylene blue

图7 含亚甲基蓝下相的扫描电子显微镜照片Fig.7 The SEM photograph of the bottom phase with methylene blue

图4中纯上相为杂乱无章的小块状和絮状胶团，图5中纯下相主要是以颗粒状的晶体存在，这表明上相为表面活性剂的絮状胶团溶液，下相是表面活性剂的稀溶液.图6为萃取了亚甲基蓝后的上相物质，仍然为絮状胶团物质，但与图4相比呈现较为有序的状态.这可能是由于亚甲基蓝分子带有正电荷，其渗透到三维网状立体结构中改变了原有的结构排列.图7为萃取了亚甲基蓝后的下相，主要以颗粒状的晶体存在，这与图6形状相似，但尺寸增大，这表明亚甲基蓝在下相中含量较少，主要是均匀地附着在表面活性剂胶束上，对其结构形态影响不大.综上所述，上相与下相的结构不同，这是其能够形成稳定双水相体系及其具有萃取作用的重要原因.BLANKSTEIN等[11]认为表面活性剂混合溶液形成双水相体系的机理，是表面活性剂混合溶液中不同结构和组成的胶束平衡共存的结果.这与本论文得出的结果一致.

3 结论

TTAC与SDBS混合表面活性剂水溶液能够形成稳定的双水相体系.随着表面活性剂浓度的增加，分相区域也会增大.TTAC/SDBS混合表面活性剂双水相体系的上相富含表面活性剂，为絮凝胶团溶液，下相为低浓度表面活性剂的水溶液或乳浊液.TTAC/SDBS混合表面活性剂双水相体系对亚甲基蓝、靛红都具有一定的萃取作用，对亚甲基蓝的萃取效果较好.微观结构分析表明，上、下相结构存在明显的不同，这是其能够形成稳定双水相体系及其具有萃取作用的重要原因.

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Extraction performance of two－phase aqueous system of mixed surfactants sodium dodecyl benzene sulfonate and tetradecyl trimethyl ammonium chloride

ZHOU Jin－sheng1，ZHOU Li1＊，TANG Jiao－ning2

（1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering，ShenzhenUniversity，Shenzhen518060，Guangdong，China；2.ShenzhenKeyLaboratoryofSpecialFunctionalMaterials，CollegeofMaterialsScienceandEngineering，ShenzhenUniversity，Shenzhen518060，Guangdong，China）

The phase region，extraction performance and microstructure of two－phase aqueous system of mixtures of sodium dodecyl benzene sulfonate（SDBS）and tetradecyl trimethyl ammonium chloride（TTAC）were researched.Results show that the mixed aqueous solution of SDBA and TTAC forms stable two－phase regions at 30℃.Resultant two－phase aqueous system can extract and separate methylene blue and isatin at 30℃to a certain degree.This is because the upper and lower phases of the two－phase aqueous system have much different microstructure，allowing the formation of stable two－phase aqueous system with a certain degree of extraction and separation performance.

TTAC；SDBS；mixed surfactant；two－phase aqueous system；extraction performance

O 647

A

1008－1011（2012）01－0014－04

2011－07－01.

周金生（1986－），男，硕士生，研究方向：应用化学.＊

，E－mail：zhoulili＠szu.edu.cn.