CC BY
33
УДК 544.77.051.62
Паэглит С.И., Савченко Е.Ю., Дунаева В.И., Киенская К.И., Толмачева Е.В.
КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИЦЕЛЛЯРНЫХ ВОД
Паэглит София Ильинична - студент 3 курса факультета ФЕН; [email protected] Савченко Екатерина Юрьевна - магистр 1 года факультета ХФТ и БП Дунаева Виктория Игоревна - студент 4 курса факультета ХФТ и БП Киенская Карина Игоревна - к.х.н., доцент кафедры коллоидной химии Толмачева Елизавета Валерьевна - аспирант 3 года обучения факультета ХФТ и БП
В статье рассмотрены образцы некоторых поверхностно-активных веществ, такие как додецилсульфат натрия, кокоил глутамат натрия и лаурил глутамат натрия. В ходе работы отработан кондуктометрический метод определения критической концентрации мицеллообразования в растворах модельных поверхностно-активных веществ. Методом динамического и статического рассеяния света определен размер частиц в промышленных образцах мицеллярных вод.
Ключевые слова: коллоидная химия, ПАВ, ККМ, кондуктометрический метод, метод динамического рассеяния света.
COLLOID-CHEMICAL PROPERTIES OF MICELLAR WATERS
Paeglit S.I.1, Savchenko E.Y.1, Dunaeva V.I.1, Kienskaya K.I.1, Tolmacheva E.V.1 1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses samples of some surfactants, such as sodium dodecyl sulfate, sodium cocoyl glutamate and sodium lauryl glutamate. In the course of the work, a conductometric method for determining the critical concentration of micelle formation in solutions of model surfactants was developed. The particle size in industrial samples of micellar waters was determined by the method of dynamic and static light scattering. Key words: colloidal chemistry, surfactants, CCM, conductometric method, dynamic light scattering method.
Введение
Среди всех известных поверхностно-активных веществ (ПАВ) наибольшее распространение получили анионные ПАВ. Благодаря способности снижать поверхностное натяжение на границах раздела фаз такие вещества широко применяются в разных областях промышленности. В повседневной жизни человек встречает их во многих продуктах личной гигиены, включая мыло, шампуни, зубные пасты и др. [1]. К сожалению, в связи с несовершенством технологических процессов значительные количества различных АПАВ сегодня обнаруживают не только в сточных водах, но и в естественных водных системах - реках и озерах [25]. Это представляет опасность как для водной экосиситемы, так и для здоровья людей. Кроме того, доказано, что давно применяемые анионные поверхностно-активные вещества оказывают раздражающее действие на кожу человека. В связи с этим в последнее время большое внимание уделяется поиску новых мягких и нетоксичных ПАВ. Экспериментальная часть
Материалы и методы.
В качестве объектов исследования были выбраны растворы додецилсульфата натрия (англ. sodium dodecyl sulfate, SDS), кокоил глутамата натрия (англ. sodium cocoyl glutamate, SCG) и лаурил глутамата натрия (англ. sodium lauroyl glutamate, SLG). Параллельно было проведено исследование размеров частиц в готовых мицеллярных водах торговых марок «Черный жемчуг» и «Чистая линия» методом динамического рассеяния света.
Додецилсульфат натрия (англ. sodium dodecyl sulfate, SDS) — натриевая соль лаурилсерной
кислоты, анионоактивное поверхностно-активное вещество. Представляет собой амфифильное вещество, то есть обладает как гидрофильными, так и гидрофобными свойствами. Он применяется в промышленности в качестве сильного моющего и смачивающего средства, используется в машинных маслах, а также служит пенообразователем в большинстве моющих косметических средств: шампуни, зубные пасты и другие продукты данной промышленности. В работе использовали SDS с молекулярной массой 288,38 г/моль (Merck Specialties Pvt., Индия).
Кокоил глутамат натрия (INCI: Sodium Cocoyl Glutamate) - это мягкое анионное ПАВ, полученное из L-глутаминовой кислоты и жирной кислоты растительного происхождения. Для него характерна высокая пенообразовательная способность, которая не зависит от жесткости воды, а также его pH идентичен pH кожи, что делает данное вещество популярным компонентом гипоаллергенных очищающих и косметических средств. В исследовании был использован кокоил глутамат натрия (Plantapon® ACG 50) с чистотой 95%, производимый компанией BASF. По данным производителя значение ККМ для SCG 0.001 М [6].
Лаурил глутамат натрия (Sodium Lauroyl Glutamate, SLG) также является мягким анионым биоразлагаемым поверхностно-активным веществом [7]. Данное ПАВ обладает высокой стабильностью пены и меньше раздражают кожу по сравнению с многими другими ионными поверхностно-активными веществами. Проявляет
бактериостатический характер действия и устойчивость к жесткой воде [8]. В работе
использован лаурил глутамат натрия компании CORUM с торговым названием AmiMild SLG®, чистота 95%. Исходный образец представлял собой порошок белого цвета. По данным производителя значение ККМ для SLG 0.0005М [9].
Для получения данных о ККМ1 на приборе РЬо1оеог Сошрас^ (Фотокор, Россия) для додецилсульфата натрия измерялась проводимость растворов БОБ. Для этого были приготовлены образцы ПАВ с интервалом концентраций от 0,5 М до концентрации 0,001 М.
Параметры измерения на приборе Photocor Сошрас^ представлены в таблице 1.
Таблица 1. Параметры измерения на приборе
Photocor Сотраси2
Параметры измерения Значение
Т 23С
Угол 90
Фильтр 1
Мощность лазера 35
Результаты, полученные на приборе Photocor Compact-Z, отражены на рисунке 1-а. Анализируя полученную зависимость, видно, что критическая концентрация мицеллообразования раствора додецилсульфата натрия наблюдается в точке излома кривой при концентрации ПАВ равной 0,008 М.
Рис.1 Зависимость проводимости растворов додецилсульфата натрия от концентрации: а-измеренная на приборе Р^^сог Сотраси2; б- измеренная на кондуктометре БС-170 На следующем этапе исследования необходимо было проверить полученные результаты. Для этого были приготовлены и исследованы растворы додецилсульфата натрия с помощью кондуктометрического метода на приборе модели БС-170. После чего была построена соответствующая зависимость (рис.1-б). В области малых концентраций при построении зависимости удельной электропроводности от концентрации ПАВ наблюдается чёткий перегиб при концентрации CпАв
= 0,008 моль/л. По данным литературных источников такой излом соответствует ККМ1 додецилсульфата натрия [10], что совпадает с полученными ранее результатами.
Аналогичные исследования были проведены для концентрированных растворов додецилсульфата натрия и построена соответствующая зависимость (рис.2). Анализируя полученный график можно заметить чёткие перегибы при концентрациях ПАВ равных соответственно 0,07 моль/л и 0,22 моль/л. Сравнив полученные значения с опубликованными данными других авторов, можно сделать вывод, что полученным значениям концентраций соответствует области ККМ2 и ККМ3 [11].
Рис.2 Зависимость проводимости растворов додецилсульфата натрия от концентрации для больших концентраций После отработки методики на известном ПАВ изучались зависимости удельной проводимости от концентрации для содиум кокоил глутамата и содиум лауроил глутамата. Полученные зависимости приведены на рисунке 3. Критическая концентрация мицеллообразования для раствора кокоил глутамата натрия составила 0,046 моль/л, а для лаурил глутамата 0,123 моль/л. Результаты подтверждаются литературными данными [12, 13].
б
Рис. 3 Зависимость проводимости растворов: а- кокоил глутамата натрия от концентрации б-лаурил глутамата натрия от концентрации
а
а
Параллельно было проведено исследование размеров частиц в мицеллярных водах с торговыми названиями «Чистая линия» и «Черный жемчуг». Эксперимент проводился на приборе Photocor Compact-Z[14]. Для этого 5 мл каждой мицеллярной воды помещали в кювету и затем в кюветной отделение анализатора. Свет от лазера, проходя через раствор, рассеивался на дисперсных частицах, имеющихся в растворе. После этого рассеянный свет принимался системой счета фотонов, сигнал с выхода которой подавался на вход коррелятора. Коррелятор накапливал корреляционную функцию флуктуаций интенсивности рассеянного света. По завершении времени измерения корреляционная функция передавалась в компьютер. Программа DynaLS рассчитывала размер частиц, обрабатывая измеренную корреляционную функцию. Таким образом, гидродинамический радиус частиц, измеренный методом динамического рассеяния света для каждой из мицеллярной вод составил примерно 4 нм.
Заключение
В ходе проведенного исследования на измерителе электропроводности модели SC-170 определены значения ККМ1, ККМ2 и ККМз для раствора додецилсульфата натрия. Данные о первой критической концентрации совпадают с результатами кондуктометрического определения на приборе Photocor Compact-Z. Также установлены значения ККМ для мягких анионных биоразлагаемых ПАВ - содиум кокоил глутамата и содиум лауроил глутамата. Обработав корреляционную функцию флуктуаций
интенсивности рассеянного света программой DynaLS рассчитан гидродинамический радиус частиц промышленных образцов мицеллярных вод «Чистая линия» и «Черный жемчуг».
Благодарности Курьякову Владимиру Николаевичу - к ф.-м. н, старшему научному сотруднику ФГБУН «Институт проблем нефти и газа за помощь в проведении экспериментов методом ДРС.
Список литературы
1. С.А. Остроумов, Е. А. Соломонова Взаимодействие загрязняющих воду веществ с макрофитами: метод определения допустимых нагрузок // Вода: химия и экология. - 2012. -№10. - С. 53-60.
2. Latif M.T., Wanfi L., Hanif N.M., Roslan R.N., Ali M.M., Mushrifah I. // Environ. Monit. Assess. 2012. V. 184. № 3. P. 1325.
3. Hampel M., Mauffret A., Pazdro K., Blasco J. // Environ. Monit. Assess. 2012. V. 184. P. 6013.
4. Sakai T., Harada H., Liu Х, Ura N., Takeyoshi K., Sugimoto Ku. // Talanta. 1998. V. 45. № 3. P. 543.
5. Lavorante A.F., Morales@Rubio A., Guardia M., Reis B.F. // Anal. Chim. Acta. 2007. V. 600. № 1-2. P. 58.
6. Surfactants for the Personal Care industry // Basf URL:
https://products.basf.com/global/en/em/plantapon.ht ml (дата обращения: 28.05.2022).
7. D. R.Perinelli. Chemical-physical properties and cytotoxicity of N-decanoyl amino acid-based surfactants: Effect of polar heads / D. R.Perinelli, L. Casettari, M. Cespi, F. Fini, D. K.W. Man, G. Giorgioni, S. Canala, Jenny K.W. Lam, G. Bonacucina, G.F. Palmieri // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, -2016, -Vol. 492, P. 38.
8. W. Zhang. Mixed micellization of cationic/anionic amino acid surfactants: Synergistic effect of sodium lauroyl glutamate and alkyl tri-methyl ammonium chloride / W. Zhang, Z. Gao, H. Zhu, Q. Zhang // J. Dispers. Sci. Technol., - 2021, - Vol.1.
9. Gentle and safe mild surfactant // Corum URL: https://www.corum.com.tw/personal_care_detail.ph p?id=8 (дата обращения: 28.05.2022).
10. П.А.Васильева. Исследование поверхностно-активных веществ, гидрофильно-липофильного баланса и критической концентрации мицеллообразования / П.А.Васильева, И.Б. Дмитриева, А.С.Чухно // Современные достижения химико-биологических наук в профилактической и клинической медицине: Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2020. - С. 45-51.
11. Т. Г. Мовчан, А. И. Русанов, Е. В. Плотникова Расчетные аспекты коэффициентов диффузии в мицеллярных растворах ионных пав // Коллоидный журнал. - 2016. - №6. - С. 750-759.
12. M. E. Carlotti. Interaction of Sodium Lauroyl Glutamate and Potassium Lauroyl Hydrolyzed Collagen with Hydroxypropyl Methyl Cellulose /M. E. Carlotti, F. Pattarino, M. Gallarate, M. Trotta // J. Dispers. Sci. Technol., - 2003, -Vol. 24, P. 641
13. D. Yea, S. Jo, J. Lim, Applied Chemistry for Engineering, 2018, 29, 524.
14. Анализатор размеров частиц и дзета-потенциала Photocor Compact-Z // Photocor URL: https://www.photocor.ru/products/photocor-compact-z (дата обращения: 29.05.2022).
