基本介紹
- 中文名：臨界膠束濃度
- 外文名：critical micelle concentration cmc
- 定義：表面活性劑分子膠束的最低濃度
- 學科：生物
簡介,測定方法,利用範例,
簡介
表面活性劑的表面活性源於其分子的兩親結構，親水基團使分子有進入水中的趨勢，而憎水基團則竭力阻止其在水中溶解而從水的內部向外遷移，有逃逸水相的傾向。這兩種傾向平衡的結果使表面活性劑在水錶富集，親水基伸向水中，憎水基伸向空氣，其結果是水表面好像被一層非極性的碳氫鏈所覆蓋，從而導致水的表面張力下降。
表面活性劑在界面富集吸附一般的單分子層，當表面吸附達到飽和時，表面活性劑分子不能在表面繼續富集，而憎水基的疏水作用仍竭力促使疏水基分子逃離水環境，於是表面活性劑分子則在溶液內部自聚，即疏水基聚集在一起形成核心，親水基朝外與水接觸形成外殼，組成最簡單的膠團。而開始形成膠團時的表面活性劑的濃度稱之為臨界膠束濃度，簡稱cmc。
當溶液達到臨界膠束濃度時，溶液的表面張力降至最低值 ，此時再提高表面活性劑濃度，溶液表面張力不再降低而是大量形成膠團，此時溶液的表面張力就是該表面活性劑能達到的最小表面張力，用cmc表示。目前，生物表面活性劑鼠李糖脂的cmc值33mg/L（約6.8×10-5mol/L）。
第一臨界膠束濃度
表面活性劑分子濃度增加, 其結構會從單分子轉變為球狀、棒狀和層狀膠束. 通常認為形成球形膠束時的
濃度為第一臨界膠束濃度(critical micelle concentration,CMC), 球形膠束轉變為棒狀膠束時的濃度為第二臨界
膠束濃度. 在達到第一CMC的狹窄範圍內, 表面活性劑的許多物理化學性質都會發生變化, 如表面張力、密度、折射率、粘度、滲透壓和光散射強度等
濃度為第一臨界膠束濃度(critical micelle concentration,CMC), 球形膠束轉變為棒狀膠束時的濃度為第二臨界
膠束濃度. 在達到第一CMC的狹窄範圍內, 表面活性劑的許多物理化學性質都會發生變化, 如表面張力、密度、折射率、粘度、滲透壓和光散射強度等
測定方法
1、表面張力
用表面張力與濃度的對數作圖，在表面吸附達到飽和時，曲線出現轉折點，該點的濃度即為臨界膠束濃度。
表面活性劑水溶液的表面張力開始時隨溶液濃度增加而急劇下降，到達一定濃度（即cmc）後則變化緩慢
或不再變化。因此常用表面張力-濃度對數圖確定cmc。
具體做法：測定一系列不同濃度表面活性劑溶液的表面張力，作出γ-lgc曲線，將曲線轉折點兩側的直
線部分外延，相交點的濃度即為此體系中表面活性劑的cmc。
這種方法可以同時求出表面活性劑的cmc和表面吸附等溫線。
優點：簡單方便；
對各類表面活性劑普遍適用；
靈敏度不受表面活性劑類型、活性高低、濃度高低、是否有無機鹽等因素的影響。
一般認為表面張力法是測定表面活性劑cmc的標準方法。
2、電導率（測定cmc的經典方法）
用電導率與濃度的對數作圖，在表面吸附達到飽和時，曲線出現轉折點，該點的濃度即為臨界膠束濃度。
優點：簡便；
局限性：只限於測定離子型表面活性劑。
確定cmc時可用電導率對濃度或摩爾電導率對濃度的平方根作圖，轉折點的濃度即為cmc。
3.染料法
某些染料在水中和膠團中的顏色有明顯差別的性質，採用滴定的方法測定cmc。
具體方法：先在較高濃度(>cmc)的表面活性劑溶液中加入少量染料，此染料加溶於膠團中，呈現某種顏色。再用滴定的方法，用水將此溶液稀釋，直至顏色發生顯著變化，此時溶液的濃度即為cmc。
優點：只要找到合適的染料，此法非常簡便。
但有時顏色變化不夠明顯，使cmc不易準確測定，此時可以採用光譜儀代替目測，以提高準確性。
4.濁度法
非極性有機物如烴類在表面活性劑稀溶液（<cmc）中一般不溶解，體系為渾濁狀。當表面活性劑濃度超過cmc後，溶解度劇增，體系變清。這是膠團形成後對烴起到了加溶作用的結果。
觀測加入適量烴的表面活性劑溶液的濁度隨表面活性劑濃度變化情況，濁度突變點的濃度即為表面活性劑的cmc。
實驗時可以使用目測或濁度計判斷終點。 這種辦法存在加溶物影響表面活性劑cmc的問題，一般是使cmc降低，降低程度隨所用烴的類型而異。若用苯作加溶物，有時cmc可降低30%。
5.光散射法
膠團為幾十個或更多的表面活性劑分子或離子的締合體，其尺寸進入光波波長範圍，而具有較強的光散射
利用散射光強度-溶液濃度曲線中的突變點可以測定cmc。
此法除測定cmc外，還可以測定膠團的聚集、膠團的形狀和大小；
此法除測定cmc外，還可以測定膠團的聚集數、膠團的形狀和大小；
要求溶液非常乾淨，任何塵埃質點都對測定有顯著影響。
6、其他溶液性質
原則上只要溶液性質隨溶液中膠束的產生而發生改變，就存在一個與濃度曲線的轉折點，從而通過作圖得到臨界膠束濃度
利用範例
1.利用臨界膠束濃度這一概念，我們可以巧妙的將溶液設計於所用主要表面活性劑臨界膠束濃度之上，使其在使用過程中形成雙分子層，即第一層表面活性劑分子的疏水基附著於固體表面，親水基伸向外面，第二層表面活性劑的親水基與第一層的親水基附著，疏水基伸向外面，從而形成獨特的親油性表面。
2.物質在一定液體有其溶解飽和度，達到飽和度後物質不再溶解，但我們可以利用臨界膠束濃度原理，將表面活性劑設計在臨界膠束濃度之上，可以大大增加物質的溶解度。
