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不同質量濃度、pH、鹽度對三七根提取物水溶液表面張力的影響（二）
來源：日用化學工業 瀏覽 941 次 發布時間:2025-01-23
2結果與討論
2.1三七根提取物的理化性質
2.1.1三七根提取物水溶液的pH和電導率
將三七根提取物配制為5 g/L的水溶液并稀釋至各待測濃度，測定其pH值和電導率，結果如表1所示。由表1可知，三七根提取物水溶液呈弱酸性，電導率較低。Russell提出可以使用電導率儀來計算溶液的離子濃度，以此來量化物質的離子性強弱。因此，三七根提取物在水溶液中的離子性較弱，屬于一種非離子表面活性劑。
表1三七根提取物水溶液的pH及電導率
2.1.2三七根提取物的表面張力、臨界膠束濃度、pc20及HLB值
測量不同質量濃度的三七根提取物水溶液的表面張力，并繪制表面張力（γ）對質量濃度（ρ）的對數曲線如圖1所示。由圖1可知，隨著三七根提取物的含量增加，溶液的表面張力從65.89 mN/m開始急劇下降，之后逐漸變緩，表明三七根提取物具有較強的表面活性。將轉折點兩側的擬合線外延，相交點的質量濃度為0.06 g/L，為了方便計算與稱量，下文初步確定三七根提取物的cmc為0.1 g/L，對應的γcmc為43.67 mN/m。
圖1不同質量濃度三七根提取物的表面張力曲線
由三七根提取物的表面張力數據可得，三七根提取物的c20約為0.05 g/L，因此三七根提取物的pc20為1.30，cmc/pc20為0.08，表明三七根提取物降低表面張力的效率較高，形成膠束的傾向較強。根據cmc值計算表面活性劑的HLB值，三七根提取物的理論HLB值為11.02。
因三七不同部位所含皂苷的種類與總量不盡相同，本文也測量了三七葉莖提取物的表面活性。由實驗數據可知，三七葉莖提取物在25℃的cmc為0.25 g/L，對應的γcmc為47.2 mN/m，其c20約為0.05 g/L，和三七根提取物接近。而三七葉莖提取物的pc20為1.30，cmc/pc20為0.19，表明三七葉莖提取物比三七根提取物更易吸附在表面，形成膠束的傾向弱于三七根提取物。
2.1.3三七根提取物表面張力的影響因素
1）酸堿度
將0.05，0.1和0.2 g/L的三七根提取物水溶液分別調節至pH為4.0~8.0，并測量其表面張力，結果如圖2所示。同一質量濃度下三七根提取物的表面張力隨pH的降低而降低，這可能是因為三七根提取物中的皂苷含有羧基等弱酸性官能團，因此在酸性條件下皂苷的表面活性不會被破壞。
圖2 pH對三七根提取物水溶液表面張力的影響
2）鹽度
分別配制含NaCl質量分數為0%，0.1%和1.0%，三七根提取物質量濃度為0.05，0.1，0.2和1.0 g/L的水溶液，測量其表面張力，結果如圖3所示。相同質量濃度下的三七根提取物水溶液，表面張力隨NaCl含量的增加而降低，cmc也有所下降。這表明隨NaCl的增加，三七根提取物降低表面活性的能力及效率都有所增加，可能是由于NaCl的水化作用較強，競爭三七根提取物極性基團附近的水化水，使其疏水作用增強，在界面易于排列形成更緊密的界面膜，有利于膠束形成，從而降低表面張力和cmc。
圖3鹽度對三七根提取物水溶液表面張力的影響
2.2 Tween 20水溶液的表面張力和臨界膠束濃度
測量不同質量濃度的Tween 20水溶液的表面張力，并繪制表面張力（γ）對質量濃度（ρ）的對數曲線如圖4所示。將轉折點兩側的擬合直線外延，相交點的質量濃度為0.026 g/L，因此下文將Tween 20的cmc計為0.025 g/L，對應的γcmc為40.1 mN/m。Tween 20的c20為0.005 g/L，因此pc20為2.301，cmc/pc20為0.011，在水溶液中更易形成膠團。
圖4不同質量濃度Tween 20的表面張力曲線
2.3三七根提取物與Tween 20二元復配體系對表面張力的影響
2.3.1二元復配比例的確定
根據Rosen相分離模型，當二元混合表面活性劑復配體系在吸附達到平衡時，溶液相與表面相的化學勢能相等（μ溶=μ表），從吸附達到飽和時溶液相與表面相、膠束相的化學勢能相等（μ溶=μ表=μ膠）出發，推導出復配增效的最佳質量比值約等于各單一組分臨界膠束濃度的比值，即m1∶m2≈cmc1∶cmc2。根據之前的實驗結果，近似地將三七根提取物與Tween 20的復配質量比定為4∶1。
2.3.2二元復配體系的表面活性增效
綜合利用Rosen理論及王正武等人對復配增效效果的理論，分別取單組分的臨界膠束濃度（cmc1，cmc2）及相應組分表面張力（γ1，γ2）的加權平均值作為理想值。
cmc理=x1cmc1+x2cmc2
γ理=x1γ1+x2γ2
式中，x1和x2表示各組分的質量分數。
從兩方面來判定二元體系復配增效的程度，用理論臨界膠束濃度（cmc理）降低的百分數（A）評價復配體系形成膠束能力增效，用理論表面張力（γcmc理）降低值的百分數（B）來表示降低溶液表面張力的能力增效。在25℃下，復配體系理論值和表觀值如表2所示。
表2復配體系的表面活性（25℃）
由表2可知，三七根提取物與Tween 20按不同質量比復配后，均表現出一定程度的降低溶液表面張力能力增效。復配體系降低溶液表面張力的能力增效比較：體系Ⅲ>體系Ⅰ>體系Ⅱ；復配體系形成膠束的能力增效比較：體系Ⅱ>體系Ⅰ>體系Ⅲ。其中，體系Ⅱ形成膠束的能力增效41.18%，表明其形成膠束的能力較強。體系Ⅱ降低溶液表面張力的能力可以增效1.18%。在理論最佳復配質量比下，復配體系cmc為0.05 g/L，γcmc為42.45 mN/m，復配增效作用比較明顯，因此選擇m（三七根提取物）∶m（Tween 20）=4∶1進行復配。