摘要：胶束是一种纳米级的表面活性剂聚集体, 其形成的反应空间提供了从极性到非极性的微环境, 可以增强被检测体系的信号强度, 提高检测方法的灵敏度。胶束体系在电厂化学与环保检测中, 对于水或大气中的微量有毒有害金属离子以及有机物的检测, 具有很好的应用前景。本文分析了胶束体系在电厂水气检测中的应用。
关键词：胶束体系；电厂水气检测；应用；
胶束体系水池内水与细胞内的水性质类似，水池尺寸大小可通过含水量调节，使之与蛋白质分子大小相近；反胶束体系中表面活性剂分子膜类似于生物细胞膜类脂分子定向排列。表面活性剂分子膜存在，可避免酶等生物物质与周围有机溶剂接触，保持生物物质活性。电导法能测定电导率随增溶水量变化关系，可间接得到反胶团结构信息。通过粘度测定，也可反映出反胶束之间分子间作用力变化，及反胶束聚集数等信息。
一、胶束作用
表面活性剂对化学发光体系有增敏作用, 其特殊的两亲(亲水亲油)型结构, 能使其既可溶于有机溶剂也可溶于水溶液, 当其浓度超过临界胶束浓度后就可自发地有序排列, 形成纳米级的球状聚集体———胶束。胶束中心与溶剂介质处在不同的极性或非极性环境中, 是理想的纳米反应器。胶束溶液不仅可以使异相反应得以进行, 还能改变其化学反应的速率、化学平衡以及反应机理。胶束溶液应用于分析检测中, 可以提高待测组分检测灵敏度和选择性, 这种自组装体系可以提供油/水共存的微环境, 消除了两相体系检测所必须的萃取分离等步骤, 能有效地简化操作, 提高检测效率。此外, 环境监控与污染治理技术中极具发展前景的酶降解技术将会逐步在各生产行业试用并推广, 其中酶催化活性的分析检测中涉及两相体系时都采用了胶束溶液。因此, 胶束体系将会逐步在电厂化学与环保检测中得到应用。不溶于或微溶于水的有机物在表面活性剂形成的胶束溶液中溶解度显著提高。微溶物在胶束中的增溶方式有4 种：①增溶于胶束内部，适用于非极性有机物的增溶；②增溶物分子与形成胶束的表面活性剂穿插排列，形成栅栏层，适用于具有两亲性的难溶有机物；③微溶物吸附在胶束表面，适用于既不溶于水又不溶于烃的有机物以及一些染料；④包含在胶束的极性基层，这是聚氯乙烯型表面活性剂胶团的一种特殊的增溶方式，适用于酚类化合物。胶束溶液处于动态平衡中，特定分子的位置随时间迅速改变，各种增溶物在不同的胶束中的平均停留时间为(10－6～10－10)s。因此，增溶位置只是优选位置，增溶物也能存在于其它位置。在非水溶液中的反胶束也具有增溶作用，被增溶物主要是水、水溶液以及不溶于非水溶剂的极性物质。可见，各类极性和非极性的难溶有机物在胶束溶液中都能找到适合的溶解环境。
二、胶束体系在电厂水气检测中的应用
1.胶束既可加快反应速率，也可降低反应速率。正胶束形成的体系，从内核到水相是从非极性到极性过渡的微环境；反胶束体系从内核到有机相，是从极性到非极性过渡的微环境。化学反应速率受环境的影响和制约。胶束均匀分散在有机溶剂或水介质中，处于动态平衡状态，其在不断形成的同时也不断地被破坏。反胶束间可以溶合进行水池的互换，因此能使胶束之间发生物质交换，使化学反应得以进行。同时，胶束形成的纳米级反应空间，通过疏水(油)效应、静电效应、局部浓集效应、微极性和黏度效应等对发生在其中的化学反应产生影响，改变反应的反应速率、反应平衡甚至反应机理。调控化学反应速率在表面活性剂胶束存在下，化学反应速率加快的现象称为胶束催化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆胶束催化的效率主要取决于反应物在胶束相中的浓集(外在因素)和反应物从水相转移到胶束相后反应活性的改变(内在因素)。浓集效应的大小取决于反应物分子与胶束之间的静电与疏水作用力大小，即反应物从水相转移到胶束相中的分配系数。假设反应物的分配系数为102～103，反应在水相与胶束相中的反应速率常数K 和K 相等，那么对双组分反应来说，其反应速率可以提高10～100 倍。大多数情况下，化学反应速率的提高是由反应物在胶束相中浓度的增加造成的，目前已有一些胶束催化反应用于缩短分析时间。
2.改变化学反应平衡胶束的催化作用不同于化学催化，它不是通过改变反应的活化能，而是通过改变化学平衡的位置进行催化。例如：对于染料分子，胶束的存在改变了染料的解离平衡，使其某一型体相对于另一型体优先浓缩。对高价金属离子来说，胶柬的存在抑制了金属离子的水解聚合，增强了金属离子络合配位的能力。胶束改变化学平衡的方法还可应用于生化反应。反胶束体系电导率均随含水量增加而先增加后降低；混合反胶束体系随AOT 比例增大，电导率最大时含水量向值更大方向移动。混合体系逐渐加入随体系中Tween 含量增加，使反胶团粒子半径增大，将向增溶水量小的方向移动。光散射研究结果也证实上述结论。阴离子表面活性剂中加入非离子表面活性剂，随非离子表面活性剂加入量增加，反胶团粒子半径增大。由单一表面活性剂构成反胶束溶液导电性能较差。在构成反胶束体系中，极性头亲水性能很好，在水油界面上易形成致密稳定界面膜，且表面活性剂堆积系数较大；在分散相液滴碰撞过程中，表面活性剂离解所产生反离子不易穿过界面膜发生跃迁；所以，单独以构成反胶束溶液电导率很低。对比单一表面活性剂可看出，两种表面活性剂复配可大幅提高反胶束体系电导率。在相同Wo 情况下，随AOT 比例增大，电导率先增大后减小。两种表面活性剂复配过程中，不同表面活性剂间性质差异有可能对反胶束整体性质产生影响。在反胶束体系油水界面上不发生分解，而是以分子形式存在，其亲水作用由通过氢键实现，使非离子表面活性剂带有正电荷，AOT 在分散相水的作用下，分解为具有表面活性阴离子和钠离子。在界面膜形成过程中，分子和AOT 分子活性基团相互吸引形成配合物，增加电导率。但在反胶团界面层易于形成双电层，使粒径较大带电粒子在电场力作用下移动缓慢，会使电导率值变小。
3.改变反应机理如铬元素在水中以两种氧化态存在，即C r(Ⅵ)和C r(III)。C r(III)是人体必需的痕量营养元素，而C r(Ⅵ)则有致癌作用。在水溶液中的检测常伴随两种价态间的转换。当与染料B PR(溴邻苯三酚红)结合后，其各自的显色反应在水介质和胶束介质中具有不同的温度依赖性。C TA B (溴化十六烷基三甲铵)胶束不仅能加快C r(Ⅵ)与B PR 的反应速率，而且反应机理表明，在高温下，C r(VI)首先被还原成C r(H I)，然后再与B PR 配位，而不是C r(VI)与B PR 的直接配位。因此反胶束柬体系改变了C r(Ⅵ)与B PR 的反应机理。因此，通过胶束介质的调控原理，可以提高检测方法的选择性，降低共存组分的干扰，使方法的灵敏度提高。
综上所述，电厂化学与环保检测项目一般为水中或大气中微量有毒有害金属离子和有机物。此外，木素过氧化物酶降解有机物用于废水治理已从实验室研究转向工业生产，而对酶活性的检验尤其是酶降解有机物的活性，通常都用反胶束体系来测定。可以预见，随着对胶束体系的进一步研究，这一分析技术将在电厂水和气的检测中得到很好应用。
参考文献：
[1]黄锡荣.自组装体系中染料光谱学行为与酶催化性质及其分析应用研究[D].山东大学博士学位论文,2015.
[2]赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].中国轻工业出版社,2015.
[3]冯绪胜,刘洪国,郝京诚,等.胶体化学[M].化学工业出版社,2015.
论文作者:周慧艳,王威,胡宇,张冉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：胶束论文; 表面活性剂论文; 极性论文; 体系论文; 有机物论文; 速率论文; 反应物论文; 《电力设备》2017年第35期论文;