一种基于太赫兹时域光谱技术确定表面活性剂临界胶束浓度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于表面活性剂分析技术领域，设及一种基于太赫兹时域光谱技术确定表 面活性剂临界胶束浓度（CriticalMicelleConcentration,CMC)的方法。
【背景技术】
[0002] 表面活性剂具有多种特性，如润湿、乳化、发泡、溶解、分散、洗涂、耐腐蚀、抗静电 等，被广泛应用于多种领域，如药物化学、合成化学、材料科学、生物学等。在一定的浓度下， 即CMC,表面活性剂开始形成热力学稳定的胶束，同时，各种性质发生显著的变化。因此，CMC 的测定在实际应用中具有非常重要的意义，是物理化学和分析化学研究的一个热点。目前 发展的CMC测定方法是利用浓度达到CMC时表面活性剂溶液光学浊度、表面张力、粘度、扩 散系数、电导率等物理量的突变来确定CMC值。
[0003] 太赫兹波是指频率在0. 1-10T化范围内的电磁波，介于微波和红外之间，具有高 透性、低能性、瞬时性、敏锐性、高信噪比等特点，运些特点使得太赫兹无损检测技术在生物 医学、生物化学、化工等很多方法有很重要的应用。太赫兹波覆盖电介质纳秒到皮秒尺度的 运动，运正是结合水振动、扩散和溶剂分子低频振动的时间尺度，因此T化光谱技术适合探 测溶液中水与溶质分子的相互作用。由于表面活性剂单体和胶束与水分子结合状态存在差 异，导致表面活性剂溶液对太赫兹波吸收发生转折。迄今为止还没有用太赫兹时域光谱技 术来检测表面活性剂CMC的相关专利和文献报道。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于太赫兹时域光谱技术确定表面活性剂 临界胶束浓度（化iticalMicelleConcentration,CMC)的方法，该方法具有快速、无标记、 操作简单、适用范围广、重复性好、结果精确度高等优点。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种基于太赫兹时域光谱技术确定表面活性剂临界胶束浓度的方法，包括W下步 骤：
[0007] S1 :制备适合太赫兹光谱检测的样品池； 阳00引S2 :制备跨四个数量级：0. 1至lOOmM的不同浓度的表面活性剂溶液样品；
[0009] S3 :测量并获得待测样品溶液的太赫兹时域光谱；利用公式计算获得样品的浓度 与太赫兹吸收系数或折射率的关系谱图，确定图像中发生转折处对应的表面活性剂样品浓 度；
[0010] S4:在确定的样品转折浓度左右选择并配制间隔更小的一系列浓度的表面活性剂 水溶液样品；
[0011] S5 :再次测量并获得待测样品溶液的太赫兹时域光谱；
[0012] S6:再次计算获得待测样品溶液的浓度与太赫兹吸收系数或折射率的关系谱图， 通过图像信息确定表面活性剂的CMC。
[0013] 进一步，在步骤S1中，所述制备的样品池分为：两片聚乙締片与冲压成外方内圆 型中空PET双面胶，构建方法为利用双面胶粘合两片聚乙締片形成一个中空的液体样品 池，具体步骤为先将双面胶与其中一片聚乙締片粘合，注入液体样品，将另一片聚乙締片盖 上，液体厚度根据PET双面胶厚度确定，PET双面胶的厚度可选择100um、50um。
[0014] 进一步，在步骤S2中，所述待测溶液样品是通过待检测的表面活性剂与溶剂按 比例混合配置成的已知浓度的表面活性剂溶液；第一次检测的待测样品的浓度从0. 1到 lOOmM依次递增，每个量级内取3-4个不同的浓度；第二次检测的待测样品的浓度根据第一 次检测结果确定。
[0015] 进一步，在步骤S3中，将空的液体样品池和装有样品的液体样品池依次置于透射 式太赫兹时域光谱装置中，分别获得空的液体样品池和装有样品的液体池的时域光谱信 号；W前者信号作为参考信号，后者作为样品信号分别进行傅里叶变换得到相应的太赫兹 频域波形、振幅等信息；为了减少实验误差，参考和样品信号的测量均重复=次；
[0016] 表面活性剂溶液的太赫兹吸收系数或折射率的计算都是基于W上参考信号和样 品信号的傅里叶变换得到的相应太赫兹频域波形、振幅等信息获得，表面活性剂溶液样品 折射率n(f)计算公式如下：
[001引其中，Iw和Ig分别代表所能捕获的参考信号和样品信号的透过能量， 鶴然矣游皆紙汾别为Is和Ire进行傅里叶变换后获得的相位信息，C代表光速，d代表太 赫兹穿透样品的厚度；
[0019] 消光系数K(f)的计算公式如下：
[002U其中P讯是I郝IW傅里叶变换的振幅比，
[0022] 表面活性剂溶液样品吸收系数a的计算公式如下：
[0024] 进一步，太赫兹频率范围为0. 3-1. 7T化。
[00巧]本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明利用太赫兹时域光谱技术对表 面活性剂的CMC进行检测，该方法具有快速、无标记、操作简单、适用范围广、重复性好、结 果精确度高等优点。
【附图说明】
[00%] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0027] 图1为样品池结构示意图；
[0028] 图2为实施例1中不同浓度的单十二烷基九乙二醇酸咕2氏）水溶液的时域谱图；
[0029] 图3为实施例1中不同浓度的CizE冰溶液的吸收系数图；
[0030] 图4为实施例1中不同浓度的CizEg水溶液的折射率图；
[0031] 图5为实施例2中不同浓度的CizEg的PBS溶液的吸收系数图；
[0032] 图6为实施例3中不同浓度的CizEg的肥1溶液的吸收系数图；
[0033] 图7为实施例4中不同浓度的十二烷基硫酸钢（SD巧水溶液的吸收系数图；
[0034] 图8为实施例5中不同浓度的十四烷基=甲基漠化锭（TTAB)水溶液的吸收系数 图；
[0035] 图9为本发明所述方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0036] 表面活性剂溶液样品的太赫兹吸收系数的变化能够反映表面活性剂分子在水中 所处的状态。在溶液中的表面活性剂分子未形成胶束时，由于溶质浓度较低，根据二元模型 计算太赫兹吸收系数，溶液的吸收系数由表面活性剂的吸收贡献和溶剂的吸收贡献两部分 构成，由于表面活性剂的吸收系数小于溶剂水的吸收系数，所W随着溶质的增加，水的贡献 所占比例降低，溶液的吸收系数下降；在形成胶束后，根据=元模型，胶束外层会形成结合 水层，结合水比自由水具有更高的太赫兹吸收系数，更多的溶质会形成更多的胶束，带来更 多的结合水，使得溶液的吸收系数上升。
[0037] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0038] 图9为本发明所述方法的流程示意图，如图所示，本发明所述的方法包括W下步 骤：
[0039] S1 :制备适合太赫兹光谱检测的样品池，如图1所示； W40]S2 :制备跨四个数量级：0. 1至lOOmM的不同浓度的表面活性剂溶液样品；
[0041] S3 :测量并获得待测样品溶液的太赫兹时域光谱；利用公式计算获得样品的浓度 与太赫兹吸收系数或折射率的关系谱图，确定图像中发生转折处对应的表面活性剂样品浓 度；
[0042] S4:在确定的样品转折浓度左右选择并配制间隔更小的一系列浓度的表面活性剂 水溶液样品；
[0043] S5 :再次测量并获得待测样品溶液的太赫兹时域光谱；
[0044] S6:再次计算获得待测样品溶液的浓度与太赫兹吸收系数或折射率的关系谱图， 通过图像信息确定表面活性剂的CMC。 W45] 在步骤S1中，制备的样品池分为：两片聚乙締片与冲压成外方内圆型中空阳T双 面胶，构建方法为利用双面胶粘合两片聚乙締片形成一个中空的液体样品池，具体步骤为 先将双面胶与其中一片聚乙締片粘合，注入液体样品，将另一片聚乙締片盖上，液体厚度根 据PET双面胶厚度确定，PET双面胶的厚度可选择100um、50um。
[0046] 在步骤S2中，待测溶液样品是通过待检测的表面活性剂与溶剂按比例混合配置 成的已知浓度的表面活性剂溶液；第一次检测的待测样品的浓度从0. 1到lOOmM依次递增， 每个量级内取3-4个不同的浓度；第二次检测的待测样品的浓度根据第一次检测结果确 定。
[0047] 在步骤S3中，将空的