压电石英晶体(PQC)是一种非常灵敏的质量检测器,可进行纳克级的质量测定。对于刚性沉积物,晶体振荡频率变化ΔF正比于工作电极上沉积物的质量改变ΔM,其定量关系由Sauerbrey公式给出
Δf=-2.26×106f20ΔM/A(1)
其中f0为石英晶振的基频(MHz);Δf为石英晶振频率改变量(Hz);ΔM为沉积在电极上的物质质量改变(g);A为工作电极的面积(cm2);负号表示质量增加,频率降低。
80年代初PQC在液相振荡成功,并得到迅速发展,液相PQC与气相PQC有相近的质量灵敏度,同时对液体性质(粘度､密度､电导率､介电常数等)也有灵敏响应,由此发展了多种传感技术,如单面触液式､串联式压电传感器､脱开电极式压电传感器等。
表面活性剂性质研究在工农业生产中有着重要作用。表面活性剂物化性能测定包括临界胶束浓度(CMC)､吸附､表面张力等。临界胶束浓度(CMC)是表面活性剂的重要参数,因为当表面活性剂的浓度超过CMC后溶液的许多物化参数(粘度､密度､电导率､表面张力,渗透压等)与浓度的关系有明显转折。CMC测定方法很多,本文首次利用SPQC的振荡频率对溶液电导率的灵敏响应进行了离子型表面活性剂溴代十六烷基三甲铵(CTAB)的CMC测定,由于离子型表面活性剂的浓度达到CMC后其电离度变化会明显下降,影响溶液电导率,通过检测SPQC振荡频率随浓度变化,即可得CMC。此外利用石英晶体对CTAB在银电极晶体上的吸附平衡动力学特性进行了研究。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器溴代十六烷基三甲铵(CTAB)[AR];二次蒸馏水;丙酮[AR]。9MHzAT银电极晶体(电极面积0.28cm2/面);频率计数器;交流阻抗计;超级恒温槽;稳压电源;自制电导电极。(池常数1.04)。
1.2 操作步骤
1.2.1 SPQC测定CTAB的CMC 将串联电导电极插入到25℃蒸馏水中,稳定后读取f0,由稀到浓加入CTAB溶液(总体积25mL)搅拌1min,稳定后读取fi不同浓度下吸附频率的Δf=f0-fi。
1.2.2 PQC对CTAB吸附平衡研究 PQC在气相中振荡稳定后读取f0将PQC插入到含有CTAB溶液的检测中(总体积25mL),吸附10min后,取出PQC在气相凉干,稳定后读取fi,蒸馏水,丙酮清洗后进行下个浓度测定,不同浓度Δf=f0-fi由Sauerbrey方程可得每一浓度下电极表面吸附量为
其中,Δfg,f0单位分别为Hz和MHz;Γ的单位为μg/cm2。
2 结果讨论
2.1 SPQC测定CTAB的CMC
从图1可见在CMC附近Δf有较大的频率突跃,由此得它的CMC为9.0×10-4moldm-3与文献报道的9.2×10-4moldm-3相近,可见SPQC频移法具有较好的准确度。
2.2 PQC研究CRAB在银电极上吸附性
2.2.1 提出法气相测定CTAB在银电极上吸附 文献利用PQC研究吸附多用单面触液法,在液相中测定频移值Δf,研究吸附行为,但单面触液法频移不仅只有ΔM影响,同时溶液的粘度､密度变化等其他因素也有影响,故有一定不足之处。因此采用提出PQC在气相中测定频移,充分利用了压电石英晶体在气相中振荡稳定､灵敏的特点又排除了溶液粘弹性等对频移的影响,优于传统方法。
2.2.2 刚性膜判断标准 Sauerbrey方程仅对刚性膜适用,因此判断膜的刚性与否是应用Sauerbrey方程的先决条件。一般利用成膜前后晶体最大电导的半峰宽判断。如图2系(1)为吸附前晶体电导谱;(2)为吸附成膜后电导谱。由图可见(1)(2)半峰宽未有明显改变,所以CTAB吸附所成膜为刚性膜,适用于Sauerbery方程。
2.2.3 吸附时间与吸附量关系 固定浓度测不同吸附时间的吸附量可见随吸附时间增加,吸附量增加,当吸附6min后基本稳定,即CTAB在银电极上吸附达到平衡,故本工作吸附时间定为10min。
2.2.4CTAB在银电极上吸附行为 从图3可知,CTAB在银电极的吸附属Langmuir型,为单分子吸附,Γ随浓度之增开始增加,后渐稳定,开始稳定浓度在CMC附近。
3 结 论
本文应用压电石英晶体研究表面活性剂吸附行为,具有灵敏､准确的优点,可进一步用于吸附机理及模型参数估计。
