十二烷基硫酸钠胶束体系中硝基苯的增溶量与增溶位置

范 永,王新秀,查一鸣,张 倩,王田霖

(上海大学理学院,上海 200444)

十二烷基硫酸钠胶束体系中硝基苯的增溶量与增溶位置

范 永,王新秀,查一鸣,张 倩,王田霖

(上海大学理学院,上海 200444)

研究了十二烷基硫酸钠(sodium dedocyl sulfate,SDS)胶束体系对硝基苯的增溶作用,考察了SDS浓度和SDS溶液中的NaCl质量浓度对硝基苯增溶作用的影响,采用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技术确定了硝基苯在SDS胶束中的增溶位置.实验结果表明,硝基苯的增溶量既随SDS浓度的增加而增加,也随SDS溶液中NaCl质量浓度的增加而增加.硝基苯在SDS胶束中的增溶位置靠近SDS的疏水内核.

硝基苯;十二烷基硫酸钠;胶束;增溶作用;增溶位置

硝基苯是重要的有机合成原料和溶剂,主要用于染料、香料、药物、农药和炸药等的工业生产[1-2].硝基苯因其毒性高、难降解的特性已成为环境水体的重要有机污染物,被美国国家环保局列为“优先控制污染物”之一,同时也被我国列入了环境优先控制污染物“黑名单”[1-5].硝基苯的去除和降解是污染水体修复的重要研究课题[6-8].近年来,在诸多新兴的有机物污染水体修复技术中,基于表面活性剂的修复技术因具有耗时少、成本低的优点而备受关注[9-10].本工作研究了十二烷基硫酸钠(sodium dedocyl sulfate,SDS)胶束体系对硝基苯的增溶作用,考察了SDS浓度和NaCl质量浓度对硝基苯增溶作用的影响,采用核磁共振(nuclear magneticresonance,NMR)技术确定了硝基苯在SDS胶束中的增溶位置.这些结果为进一步开展基于表面活性剂的硝基苯污染水体的修复技术研究提供了参考数据.

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

超声仪,上海比朗仪器有限公司;AVANCE/AV 500 MHz型核磁共振波谱仪,德国布鲁克公司.SDS(分析纯),阿拉丁试剂(上海)有限公司;NaCl(化学纯),上海国药集团化学试剂有限公司;硝基苯(分析纯),上海强顺化工有限公司;重水(重氢含量为99.8%),上海百灵威科技有限公司.本实验用水均为二次蒸馏水.

1.2 实验方法

(1)增溶位置的确定.配制一定浓度的SDS重水溶液,分别加入不同浓度的硝基苯,直至体系达到饱和增溶量.充分超声使体系达到平衡,测定每个样品在室温(25◦C)下的1HNMR谱图,并对个别样品测定了二维增强谱(nuclear overhauser enhancement spectroscopy, NOESY),用于研究硝基苯在SDS胶束中的增溶位置.

(2)增溶量的测定.于15 mL试管中分别加入一定浓度的SDS水溶液10 mL,再分别加入一定浓度的硝基苯,进行超声震荡.若溶液澄清则继续加入硝基苯,直至超声震荡使溶液呈现浑浊为止,此时即为增溶终点.实验温度为室温(25◦C).

图1 不含硝基苯和含有0.02 mol/L硝基苯的SDS在重水中的1H-NMR谱图Fig.11H-NMR spectra of 0.04 mol/L SDS in D2O and 0.04 mol/L SDS in D2O containing 0.02 mol/L nitrobenzene

2 结果与讨论

2.1 硝基苯在SDS胶束中的增溶位置

本工作使用NMR技术研究了硝基苯在SDS胶束中的增溶位置.分别测定不含硝基苯和含有不同浓度硝基苯的SDS的1H-NMR谱图(溶剂为D2O),部分结果如图1所示(其中SDS浓度为0.04 mol/L).设不含硝基苯的SDS各基团质子的化学位移为δ0,含有不同浓度硝基苯的SDS各基团质子的化学位移为δ,则化学位移的变化量Δδ=δ0-δ.图2为硝基苯浓度对Δδ的影响.可见,硝基苯在SDS胶束中的增溶使得SDS各基团的化学位移均下降.这是由于基团质子受到了苯环的影响,化学位移发生了变化,其中基团峰b的化学位移下降幅度最大,基团峰d的下降幅度最小.这说明硝基苯在胶束中的增溶位置靠近胶束的疏水内核.运用NOESY谱,进一步确定了增溶位置,结果如图3所示.可以清楚地看到,苯环上的H和SDS的基团b上的质子具有相关性,说明二者在空间上相互靠近.

图2 增溶的硝基苯对SDS各基团质子的Δδ的影响Fig.2 In fl uence of solubilization of nitrobenzene on the Δδ values of di ff erent protons of SDS

图3 含有0.02 mol/L硝基苯的0.04 mol/L SDS在重水溶液中的NOESY谱图Fig.3 NOESY spectra of 0.04 mol/L SDS in D2O containing 0.02 mol/L nitrobenzene

2.2 SDS浓度对硝基苯增溶量的影响

本研究分别测定了不同SDS浓度下硝基苯的增溶量.以硝基苯增溶量S为纵坐标, SDS浓度CS为横坐标作图,得到增溶曲线(见图4).

由图4可见,随着SDS浓度的增加,硝基苯在SDS胶束中的增溶量也增大.这一方面是由于随着SDS浓度增大,使得胶束聚集数和胶束数目也增加,从而使增溶能力增强[11];另一方面是因为非极性分子一般增溶于胶束疏水内核中[12-13],其增溶量与胶束内核的大小及增溶物本身的分子大小有很大的关系.疏水内核越大,非极性分子体积越小,则增溶量就越大.因此随着SDS浓度的增大,硝基苯在SDS胶束中的增溶量也增大.

图4 硝基苯在不同浓度SDS溶液中的增溶量Fig.4 Solubilization amount of nitrobenzene in di ff erent concentration of SDS solutions

2.3 NaCl质量浓度对硝基苯增溶量的影响

不同水体所含的盐分不同,对增溶量也会产生不同影响,因此本研究考察了NaCl质量浓度对硝基苯在SDS胶束中的增溶量的影响.在0.08 mol/L SDS水溶液中加入一定质量浓度的NaCl水溶液,分别测定了添加不同质量浓度NaCl时,SDS对硝基苯的增溶量.以增溶量S为纵坐标,NaCl的质量浓度CN为横坐标作图,得到增溶曲线(见图5).

由图5可见,随着NaCl质量浓度的增加,硝基苯在SDS胶束中的增溶量也逐渐增大.这一方面是因为NaCl质量浓度的增大使得SDS的临界胶束浓度(CMC)减小[14-16],CMC越小,用于形成胶束的SDS分子数目相对就越多,增溶硝基苯的能力就越强;另一方面是NaCl质量浓度的增大还会使SDS胶束的聚集数增大[17-18],使得增溶硝基苯的能力也有所增强.

图5 不同NaCl质量浓度下,硝基苯在0.08 mol/L SDS胶束溶液中的增溶量Fig.5 Solubilization amount of nitrobenzene in 0.08 mol/L SDS solution containing di ff erent concentration of NaCl

3 结束语

综上所述,随着SDS浓度的增加和SDS溶液中所含NaCl质量浓度的增加,SDS的胶束聚集数和胶束数目也增大,从而使得硝基苯在SDS胶束体系中的增溶量也增大.NMR的实验数据表明,硝基苯在SDS胶束中的增溶位置靠近疏水内核.

致谢 感谢上海大学分析测试中心的邓红梅博士在NMR测试过程中所提供的技术帮助.

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本文彩色版可登陆本刊网站查询:http://www.journal.shu.edu.cn

Solubilization amount and solubilization site of nitrobenzene in the micelle system of sodium dedocyl sulfate

FAN Yong,WANG Xin-xiu,ZHA Yi-ming,ZHANG Qian,WANG Tian-lin
(College of Sciences,Shanghai University,Shanghai 200444,China)

Solubilization of nitrobenzene in the sodium dedocyl sulfate(SDS)micelles was investigated.It was found that the amount of nitrobenzene solubilized in SDS micelles increased with increasing concentration of both SDS and NaCl.The solubilization site of nitrobenzene in the SDS micelles was determined by nuclear magnetic resonance(NMR) near the hydrophobic core of the SDS micelles.

nitrobenzene;sodium dodecyl sulfate(SDS);micelle;solubilization;solubilization site

O 647.2

A

1007-2861(2015)04-0467-05

10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.032

2014-02-15

王田霖(1959—),男,教授,博士,研究方向为环境水质分析与水体修复、食品分析.

E-mail:wtl2404@aliyun.com