Спосіб флуоресцентного визначення критичної концентрації міцелоутворення неіоногенних поверхнево-активних речовин у воді

Реферат: Спосіб флуоресцентного визначення критичної концентрації міцелоутворення неіоногенних поверхнево-активних речовин у воді включає використання флуоресцентного реагенту, що взаємодіє з неіоногенною поверхнево-активною речовиною у воді, подальше вимірювання інтенсивності флуоресценції при певній довжині хвилі випромінювання, побудування залежності інтенсивності флуоресценції від концентрації неіоногенної поверхнево-активної речовини. Як флуоресцентний реагент використовують 2-[2'-(4',6'-диметипіримідил)]-індол, а вимірювання інтенсивності флуоресценції здійснюють при довжині хвилі випромінювання 386 нм. UA 120049 U (54) СПОСІБ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ МІЦЕЛОУТВОРЕННЯ НЕІОНОГЕННИХ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН У ВОДІ UA 120049 U UA 120049 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі фізичної хімії, зокрема до інструментальних способів визначення фізико-хімічних властивостей поверхнево-активних речовин (ПАР), і може бути використана для кількісного визначення величини критичної концентрації міцелоутворення (ККМ) неіоногенних ПАР у воді. Відомі способи, що в теперішній час використовуються для кількісного визначення ККМ неіоногенних ПАР у воді, основані на різкій зміні фізико-хімічних властивостей розчинів ПАР, таких як інтенсивність флуоресценції, при зростанні концентрації ПАР від молекулярного розчину до міцелярного. Значення ККМ визначають за розташуванням точки зламу у графічній залежності інтенсивності флуоресценції від концентрації ПАР у воді. Недоліком способів є недостатня надійність визначення ККМ, яка обумовлена розмитістю розташування точки зламу на графічних залежностях внаслідок недостатньої лінійності ділянок цих залежностей. Це призводить до небажаної необхідності додатково залучати інші інструментальні способи з метою більш надійно визначити ККМ неіоногенних ПАР, наприклад спосіб поверхневого натягу. Усунення означеного недоліку у відомих способах пов'язане з використанням флуоресцентних реагентів, які здатні якомога суттєвіше змінювати інтенсивність флуоресценції в залежності від концентрації міцел неіоногенних ПАР у воді за прямо пропорційним характером. Відомий спосіб [1], за яким визначення ККМ неіоногенних ПАР у воді відбувається з використанням флуоресцентного реагенту пірену або його похідного пірен-3-карбоксіальдегіду. Значення ККМ визначають за точкою зламу у залежності інтенсивності флуоресценції реагенту від концентрації міцел ПАР у воді. Недоліком способу є недостатня надійність і можливість визначення ККМ лише у певному інтервалі концентрацій ПАР. Це пов'язано з тим, що залежність будується з використанням не однієї довжини хвилі випромінювання, а низки значень: від 450 до 462 нм. Крім того, пірен має малу розчинність у воді і здатний утворювати нерозчинні агрегати (каламуть) при певних концентраціях неіоногенної ПАР, що перешкоджає інструментальному визначенню інтенсивності флуоресценції. Найближчим аналогом (використання флуоресцентного реагенту, що взаємодіє з неіоногенною ПАР у воді, подальше вимірювання інтенсивності флуоресценції при певній довжині хвилі випромінювання, побудування залежності інтенсивності флуоресценції від концентрації неіоногенної ПАР) і досягнутому результату (надійність визначення ККМ) є спосіб визначення неіоногенної ПАР з використанням реагенту кумарин 153 [2] (далі - найближчий аналог). Спосіб оснований на визначенні ККМ за точкою зламу залежності інтенсивності флуоресценції кумарину 153 від концентрації міцел ПАР при довжині хвилі випромінювання 410 нм. Недоліком способу є недостатня надійність і можливість визначення ККМ лише у певному інтервалі концентрацій ПАР. Це зв'язано з тим, що, незважаючи на використання лише одного значення інтенсивності флуоресценції, існує розмитість положення точки зламу внаслідок відсутності залежності від концентрації міцел неіоногенних ПАР у воді за прямо пропорційним характером (відсутня лінійність ділянки означеної залежності). Інших відомих способів флуоресцентного визначення критичної концентрації міцелоутворення неіоногенних поверхнево-активних речовин у воді, які б надійно визначали ККМ, немає. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу визначення ККМ неіоногенних ПАР у воді, у якому за рахунок створення нової сукупності ознак була б досягнута більша надійність визначення. Технічний результат досягається внаслідок застосування 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]індолу, який здатний взаємодіяти з неіонною ПАР у воді таким чином, що виникає змінення інтенсивності флуоресценції, за яким стає можливим визначати ККМ неіонної ПАР. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення вмісту ККМ неіонної ПАР у воді, який включає використання флуоресцентного реагенту, що взаємодіє з неіоногенною ПАР у воді, подальше вимірювання інтенсивності флуоресценції при певній довжині хвилі випромінювання, побудування залежності інтенсивності флуоресценції від концентрації неіоногенної ПАР, згідно з корисною моделлю, як флуоресцентний реагент використовують 2[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індол, а вимірювання інтенсивності флуоресценції здійснюють при довжині хвилі випромінювання 386 нм. 1 UA 120049 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Наявність 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індолу для здійснення способу обумовлена необхідністю створення флуоресценції у воді, інтенсивність якої прямо пропорційно залежить від концентрації міцел неіоногенної ПАР. Необхідність вимірювання інтенсивності флуоресценції при довжині хвилі випромінювання 386 нм обумовлена тим, що саме при цій довжині хвилі існує прямо пропорційна залежність інтенсивності флуоресценції від концентрації ПАР за допомогою якої стає можливим визначення ККМ із більшою надійністю. Таким чином запропонованою послідовністю усуваються причини недоліків найближчого аналога, а саме: 1. За рахунок того, що в способі, який заявляється, на відміну від найближчого аналога, використовується 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індол, зміни інтенсивності флуоресценції відбуваються набагато суттєвішими при довжині хвилі випромінювання 386 нм, ніж у кумарину 153 при 410 нм. 2. За рахунок того, що в способі, який заявляється, на відміну від найближчого аналога, існує прямо пропорційна залежність інтенсивності флуоресценції від концентрації міцел ПАР, яка є більш придатною для визначення ККМ неіоногенної ПАР. В способі, який заявляється, визначення ККМ пояснюється на прикладі тритона Х-100 як іоногенної ПАР. Суть корисної моделі пояснюється ілюстраціями (Фіг. 1-Фіг. 4). На Фіг. 1 представлена структурна хімічна формула 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)] -індолу. На Фіг. 2 представлена структурна хімічна формула тритона Х-100. Позначення на Фіг. 2: n=9-10. На Фіг. 3 представлені графічна залежність зміни інтенсивності флуоресценції 2-[2'-(4',6'диметилпіримідил)]-індолу від вмісту тритона Х-100 у воді. Позначення на Фіг. 3: I інтенсивність флуоресценції, одиниці, при довжині хвилі випромінювання 386 нм; С 3 концентрація тритона Х-100 у воді, ммоль/дм ; ККМ - критична концентрація міцелоутворення; 1 - вся залежність; 2 - ділянка зростання інтенсивності флуоресценції від концентрації тритона Х100 у воді, 3 - ділянка залежності, де інтенсивність флуоресценції не змінюється від концентрації тритона Х-100 у воді; перпендикуляр, який проведено від точки перетинання 3 ділянки 2 з ділянкою З, відсікає на вісі абсцис значення ККМ, ммоль/дм , яке позначене стрілкою. На Фіг. 4 представлені графічні залежності зміни інтенсивності флуоресценції 2-[2'-(4',6'диметилпіримідил)]-індолу від вмісту тритона Х-100 у воді при різних довжинах хвилі випромінювання. Позначення на Фіг. 4: 1 - при 386 нм; 2 - при 385 нм; 3 - при 387 нм; I 3 інтенсивність флуоресценції, одиниці; С - концентрація тритона Х-100 у воді, ммоль/дм . Вигляд залежності інтенсивності флуоресценції від концентрації тритона Х-100 (крива 1 на Фіг. 3) можна пояснити таким чином. Флуоресценція 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індолу у воді практично відсутня. Невеликі кількості тритона Х-100 у воді теж не впливають на флуоресценцію 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індолу, оскільки взаємодії між 2-[2'-(4',6'диметилпіримідил)]-індолом і неіоногенною ПАР не відбувається (ділянка 3 на Фіг. 3), бо ПАР утворює молекулярний, а не міцелярний розчин. Збільшення концентрації ПАР у воді призводить до утворення міцел у воді, і виникає взаємодія 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індола з міцелами, що є причиною появи флуоресценції. Зростання концентрації міцел спричинює прямо пропорційне збільшення інтенсивності флуоресценції при довжині хвилі випромінювання 386 нм зі зростанням концентрації тритона Х-100 (ділянка 2 на Фіг. 3). Приклад 1 реалізації способу. Приготування розчинів реактивів здійснюють наступним чином. Розчиняють наважку 2-[2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індолу у дистильованій воді таким чином, -5 3 щоб концентрація реагенту дорівнювала 2,510 моль/дм . Це вихідний розчин 2-[2'-(4',6'диметилпіримідил)]-індолу. Готують 9 розчинів різних концентрацій тритона Х-100 таким чином, щоб серед них виявився розчин з концентрацією, що перебільшує очікуване значення ККМ приблизно у 5 разів, а концентрація тритона X-100 в інших 8 розчинах була приблизно у 5 разів менше ККМ та приблизно у 5 разів більше ККМ. Це вихідні розчини тритона Х-100. Визначення інтенсивності флуоресценції здійснюють наступним чином. 3 3 У мірну колбу місткістю 25 см додають 5 см вихідного розчину 2-[2'-(4',6'3 диметилпіримідил)]-індолу, 5 см вихідного розчину тритона X-100 з найменшою концентрацією та дистильовану воду до мітки. Колбу ретельно перемішують. Це суміш [2'-(4',6'диметилпіримідил)]-індолу з тритоном Х-100. Вимірюють інтенсивність флуоресценції при довжині хвилі випромінювання 386 нм. Повторюють так само приготування сумішей для інших 2 UA 120049 U 5 10 15 20 25 вихідних розчинів тритона Х-100 і вимірюють інтенсивність флуоресценції суміші. Концентрація -6 3 2'-(4',6'-диметилпіримідил)]-індолу у кожній суміші однакова і дорівнює 510 моль/дм . Концентрації тритона Х-100 в кожній колбі у 5 разів нижчі відповідних концентрацій вихідних розчинів. Побудування залежності інтенсивності флуоресценції від концентрації неіоногенної ПАР і визначення ККМ. На осі абсцис відкладають значення концентрацій тритона Х-100 у сумішах, а на осі ординат - величини відповідних інтенсивностей флуоресценції сумішей при 386 нм. Залежність має вигляд кривої 1 на Фіг. 4. Проводять прямі на прямолінійних ділянках залежності і за положенням точки перетинання відносно осі абсцис визначають концентрацію ПАР (як вказано на Фіг. 3). Ця концентрація дорівнює значенню ККМ тритона Х-100. Приклади реалізації способу при інших умовах. Приклад 2. Приготування розчинів реактивів, визначення інтенсивності флуоресценції виконують так, як в прикладі 1. На відміну від прикладу 1, інтенсивність флуоресценції вимірюють при довжині хвилі випромінювання 385 нм. Будують залежність інтенсивності флуоресценції. Вона має вигляд кривої 2 на Фіг. 4. Приклад 3. Приготування розчинів реактивів, визначення інтенсивності флуоресценції виконують так, як в прикладі 1. На відміну від прикладу 1, інтенсивність флуоресценції вимірюють при довжині хвилі випромінювання 387 нм. Будують залежність інтенсивності флуоресценції. Вона має вигляд кривої 3 на Фіг. 3. Приклади 2 і 3 свідчать про те, що на ділянках залежностей інтенсивності флуоресценції порушується прямо пропорційна залежність інтенсивності флуоресценції від концентрації міцел ПАР. Тому визначення ККМ як пояснено на Фіг. 3 є недоцільним. Можливість визначення ККМ неіоногенної ПАР (на прикладі тритона Х-100) за допомогою способу, що заявляється, досліджена на концентраціях тритона Х-100 у воді, які створювалися за прикладом 1. Визначення ККМ за способом найближчого аналога здійснювали при таких само концентраціях ПАР за допомогою кумарина 153 так, як описано у джерелі [2]. В табл. 1 наведено порівняння технічних результатів визначення ККМ тритона Х-100 у воді. Таблиця 1 Порівняння технічних результатів способів. Інтервал досліджуваних концентрацій тритона Х3 Визначено ККМ тритона Х-100, моль/дм 3 100, моль/дм Спосіб, що Спосіб найближчого Спосіб, що Спосіб найближчого заявляється аналога заявляється аналога -4 -4 -4 -4 0-7,4510 0-7,4510 1,610 (1,5-1,9)10 30 35 40 45 50 Дані таблиці 1 свідчать про те, що найближчий аналог визначає ККМ лише в інтервалі можливих значень. Це відбувається внаслідок того, що у даному інтервалі досліджуваних концентрацій тритона Х-100 змінення інтенсивності флуоресценції відбувається подібно залежностям 2 та 3 на Фіг. 4, а не прямо пропорційним чином, подібно залежності 1 на Фіг. 4. Порівняння способів свідчить, що спосіб, що пропонується, здатний визначати ККМ неіоногенної ПАР з кращою надійністю. Джерела інформації: 1. Fluorescence probes for critical micelle concentration/ K.P. Ananthapadmanabhan, E.D. Goddard, N.J. Turro, P.L. Kuo// Langmuir. - 1985. - Vol. 1, № 3. - P. 352-355. 2. Determination of the critical micelle concentration of surfactants and amphiphilic block copolymers using coumarin 153/ Telmo J.V. Prazeres, Mariana Beija, Fabio V. Fernandes, Paulo G.A. Marcelino, Jose Paulo S. Farinha, J.M.G. Martinho// Inorganica Chimica Acta. - 2012. - Vol. 381. - P. 181-187. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб флуоресцентного визначення критичної концентрації міцелоутворення неіоногенних поверхнево-активних речовин у воді, що включає використання флуоресцентного реагенту, що взаємодіє з неіоногенною поверхнево-активною речовиною у воді, подальше вимірювання інтенсивності флуоресценції при певній довжині хвилі випромінювання, побудування залежності інтенсивності флуоресценції від концентрації неіоногенної поверхнево-активної речовини, який 3 UA 120049 U відрізняється тим, що як флуоресцентний реагент використовують 2-[2'-(4',6'диметилпіримідил)]-індол, а вимірювання інтенсивності флуоресценції здійснюють при довжині хвилі випромінювання 386 нм. 4 UA 120049 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5