红外光谱在表面活性剂

（清洗剂，纺织助剂等领域）分析中的应用

1. 表面活性剂概念与分类
   　　表面活性剂是兼具亲水亲油的一类两亲性化合物，在溶液的表面能够定向排列，使表面张力显著下降。表面活性剂的分子结构中具有两亲性：一端为亲水基，常见的有羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐、羟基，醚键等；另一端为憎水基团，常见的是极性烃链。表面活性剂常分为离子型禾非离子型以及特种表面活性剂；离子型又分为阳离子型、阴离子型和两性。由于其独特的界面性质，表面活性剂被广泛的用在整个化工行业，几乎涵盖了精细化工的所有领域。

1. 表面活性剂常见分析方法
   　　在常见的精细化学品中，如清洗剂、金属加工液、金属表面处理剂、印染助剂等领域中所用到的表面活性剂一般为几种复配，在样品配方分析中单用一种手段难以实现全面的剖析。常用的表面活性剂分析多结合物理分离，分离前后进行滴定，红外光谱（IR），核磁共振分析（NMR），有机质谱（MS）等综合解谱分析，从而实现定性定量。 其中红外光谱分析（IR），OMNIC光谱库可快速辨别未知成分，包括了9000种光谱图和创新的多成分搜索路径，对未知物样品以及混合物样品光谱进行谱库检索，对混合物样品可以进行剖析。由于其快捷以及强大的图谱库，在表面活性剂分析中至关重要。　
    

3.不同类型表面活性剂红外图谱分析
一、阴离子表面活性剂
阴离子表面活性剂分为四大类：羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸酯。
　　羧酸盐
　　脂肪皂盐类表面活性剂在1564cm^-1左右呈特征吸收。用酸酸化后，此吸收消失，而出现1710cm^-1吸收峰，图1为某清洗剂分离组分的红外光谱图以及图库匹配的标准物质图谱，根据图库匹配该组分为油酸钠盐。

磺酸盐（金属清洗剂）
　　最具代表性的磺酸盐表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠（LAS），
　　在1200-1150cm^-1出现宽阔的强吸收峰，1130^-1， 1042 cm^-1为-S=O变形振动吸收峰；1600、1500 cm^-1和900～700 cm^-1的为芳香环吸收峰；1013 cm^-1为-C-H 变形振动。LAS中的直链烷基以1410 cm^-1和1380 cm^-1的末端甲基吸收为特征，而支链ABS除1400 cm^-1和380 cm^-1处得吸收外，还出现1367 cm^-1处得支链甲基的吸收。磺酸盐与硫酸酯盐的红外图谱最大区别为：磺酸盐的最大吸收波长的波数低于1200 cm^-1，硫酸(酯)盐的最大吸收波长的波数在1220 cm^-1附近。图2为某清洗剂分离组分的红外图谱以及图谱库最佳匹配标准图谱，根据分析和图库匹配可以有力的判断该组分为十二烷基苯磺酸钠。

硫酸盐（工业清洗剂）
    图3为某清洗剂直接烘干混合物的红外图谱以及最佳匹配，根据图库匹配判断样品中主要成为十二烷基硫酸钠（K12）：1250,1207cm-1的分裂的强吸收峰为-S=O变形振动引起，除1220 cm-1附近吸收外，在1120 cm-1附近有宽吸收的话，即表明是AES，随着环氧乙烷(EO)加合数增加，1120 cm-1吸收带增强。

磷酸酯盐（纺织助剂）
    磷酸酯盐由于其耐碱性以及抗静电作用，经常被用在工业清洗剂以及纺织助剂中。烷基磷酸酯盐有烷基磷酸酯和烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐（通常为钾盐），图4为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐的红外图谱：磷酸酯在1240cm^-1附近和1087cm^-1处得吸收带较显著，分别为P=O振动吸收峰和醚键吸收峰。

二、阳离子表面活性剂
　　阳离子表面活性剂有：胺盐类、季铵盐类、杂环类、鎓盐类。其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)、苯扎溴铵(新洁尔灭)、十二烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵等。图5为某医用清洗剂分离组分的红外图谱：在1470 cm^-1附近裂分为两个峰，在970和910 cm^-1也有吸收的话，为烷基三甲基型，910 cm^-1较强，720 cm^-1裂分，链长为C12左右。

三、非离子表面活性剂
　　非离子表面活性剂和阴离子类型相比较，乳化能力更高，并具有一定的耐硬水能力，是净洗剂、乳化剂配方中不可或缺的成分。非离子表面活性剂大多为液态和浆状态，它在水中的溶解度随温度升高而降低。非离子表面活性剂具有良好的洗涤、分散、乳化、润湿、增溶、匀染、防腐蚀、和保护胶体等多种性能，广泛地用于纺织、造纸、食品、塑料、皮革、毛皮、玻璃、石油、化纤、医药、农药、涂料、染料、化肥、胶片、照相、金属加工、选矿、建材、环保、化妆品、消防和农业等各方面。
在我们的分析案例中常见于：在切削液，清洗剂，除油粉，纺织助剂，电镀添加剂中。
　　非离子表面活性剂可分为聚氧乙烯醚型、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应用领域最为广泛。聚氧乙烯醚又分为常见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、聚丙二醇的环氧乙烷加成物；其中多元醇应用最为广泛为司盘（SPAN）和吐温（TWEEN）。
烷基酚聚氧乙烯醚（某金属清洗剂主表面活性剂）
　　聚氧乙烯醚类表面活性剂最为特征为在1100cm-1左右的-C-O醚键强吸收峰，宽而强；壬基酚聚氧乙烯醚除了具有脂肪醇聚氧乙烯醚的长碳链外，红外光谱上还有1600,1500苯环骨架振动吸收峰；1249cm-1为苯环C-O-C振动吸收峰；3400cm-1为-OH吸收峰。图6为某金属清洗剂烘干物红外光谱测试图谱，根据图库匹配可以很容易判断该金属清洗剂主要表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，具体的分子量以及种类需要结合核磁等仪器测试进一步确定。

　　司盘（Span）（某切削液中组分）
　　中文名为失水山梨醇脂肪酸酯，白色或微黄色蜡状物、片状体、粉沫状。是w/o型乳化剂，具有很强的乳化、分散、润滑作用，可与各类表面活性剂混用，尤其适应与吐温-60（T-60），复配使用效果更佳。HLB(亲水亲油平衡)值4.7，在医药、化妆品生产中作W/O型乳化剂、稳定剂、增塑剂、润滑剂、干燥剂；纺织工业中作柔软剂、抗静电剂、整理剂；亦用作机械润滑剂；作为添加型防雾剂，具有良好的初期及低温防雾滴性，适用于PVC（1～1.5%）、聚烯烃薄膜（0.5～0.7%）、EVA薄膜，分子结构如下：

　　图7为某切削液分离组分的红外测试图谱，其中1735 cm－1处出现强的伸缩振动为酯键吸收峰；3400cm－1为-OH吸收峰；1467 cm－1为－CH2－弯曲振动吸收峰。

　　TWEEN
　　　吐温是(TWEEN)的音译，也叫吐温型乳化剂。化学名称：聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，简称聚山梨酯(Polysorbate)。为司盘（Span，山梨醇脂肪酸酯）和环氧乙烷的缩合物，为一类非离子型去污剂。产品系列：吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81、吐温85；吐温-60为硬脂酸酯；吐温-80为油酸酯；吐温-20为月桂酸酯，为聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯和一部分聚氧乙烯双去水山梨醇单月桂酸酯的混合物。

　　　与司盘相比，吐温在红外光谱上的醚键特征峰1110cm-1附件宽又强，并且1740cm-1的酯键峰强度较大。

注释1：HLB值
　　HLB值----HLB值越大代表亲水性越强，HLB值越小代表亲油性越强，一般而言HLB值从1 ~ 40之间。亲水亲油转折点HLB为10。HLB小于10为亲油性,大于10为亲水性。

1-3作消泡剂；　　
　　　　　3-6作W/O型[乳化剂；
　　　　　7-9作润湿剂； 　　
　　　　　8-18作O/W型乳化剂；
　　　　　13~15作去污剂；
　　　　　15~18作增溶剂。

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