(一)试样的准备
试样的准备是整个光谱测定中极其重要的一步,因为由杂质而引起的光谱吸收可以掩盖表面活性剂官能团的光谱吸收,或者导致吸收带的错误分布。因此试样中的无机盐,未转化的碱性物质,非表面活性物质等都应设法除去。溶剂也应尽可能地除去。特别是在接近3.0μm(约3300cm-1)和6.1μm (约1640 cm-1)的水吸收波长处有强吸收的试样,应在50℃真空烘箱中除去水分。
如果阴离子和两性表面活性剂中含有金属反离子,阳离子和两性表面活性剂中含有卤素反离子,应该用离子交换树脂处理,以除去可能干扰分析的反离子。在阳离子表面活性剂中,如果存在硫酸二甲酯或硫酸二乙酯这样一些反离子,或短链羧酸阴离子,都应尽量除去,否则会大大增大分析工作的复杂性。反离子可以从离子交换树脂柱上洗脱,并进行分析。
对于混合活性物体系可用离子交换法进行分离(见下文中注),如果同类活性物再通过分析鉴定和官能团分析后再进行测谱,得到的情报就更确切可靠。
在某些情况下(特别是在分子中可能存在羧酸时),可以分别获得在酸性和碱性pH下试样的红外光谱图。为此,表面活性剂水溶液的PH应该用NaOH或HCl调节至适当值,将水分蒸发干,残渣在50℃真空烘箱中细心地干燥以后再用于分析。
(二)操作步骤
如果试样不是低熔点固体,最好用KBr压片法测定。将1份经仔细碾碎了的试样与大约20份碾碎了的KBr混合(在碾磨时,可以加几点氯仿,以保证内部混合均匀)。在室温和真空下用2.06×108pa(2100kg/cm2)的压力,压成直径为10mm,厚度为1~2mm的圆片。或者用浆糊法,即将2~3mg试样用玛瑙研钵充分研细,加1~2滴白油,再碾磨5min,用不锈钢刀刮至盐片上,压上另一片盐片,放在可拆液体槽架上或专门的浆糊槽架上,即可进行测定。下列吸收带是白油引起的:3.3~3.5μm、6.8μm和7.3μm(3030~2860cm-1、约1470 cm-1和约l370 cm-1),分析图谱时可以不予考虑。
如果试样是液体,则制成薄膜,即加l滴试样于NaCl板片上(大约D2.5×0.5cm),用同样的板片盖上,放在支架上测定板间薄膜的光谱,通常能得到满意的结果。低熔点的固体也可用类似的方法处理:即将试样熔化后滴于板上,并盖好熔化的试样,便成为板间薄膜。
关于红外光谱仪的详细操作方法,请参考有关专门书籍。
二、光谱解析
在红外区(2-15μm)各种吸收带的位置是用波长(μm)或波数(cm-1)和它的相对强度以图形记录来测定的。有代表性的表面活性剂的红外光谱图如图1、图2、图3和图4所示。

图1阴离子表面活性剂的红外光谱图
1-硬脂酸钠(KBr法);2-十四烷基硫酸盐(KBr法);3-支链烷基苯磺酸钠(KBr法);4-直链烷基苯磺酸钠(KBr法);5-月桂聚氧乙烯醚(3EO)硫酸钠(液膜法);6-壬基酚聚氧乙烯醚(5EO)硫酸钠(液膜法);7-C18-α-烯基磺酸钠(KBr法);8-链烷磺酸钠(KBr法);9-琥珀酸乙基二酯-2’-磺酸钠(KBr法);10-二丁基-2-羟基十四烷基磷酸三酯盐(液膜法)

图2阳离子表面活性剂的红外光谱
11-十八烷基胺(液膜法);12-二硬脂基胺(液膜法);13-硬脂基二乙醇胺(医药用润滑油法);14-硬脂基二乙醇胺盐酸盐(医药用润滑油法);15-十六烷基三甲基氯化铵(KBr法);16-十六烷基二甲基苄基氯化铵(液膜法);17-双硬脂基二甲基氯化铵(KBr法);18-十六烷基吡啶氯化物(KBr法)

图3 非离子表面活性剂的红外光谱
19-月桂基聚氧乙烯醚(6EO)(液膜法);20-壬基酚聚氧乙烯醚(9EO)(液膜法);21-聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物(液膜法);22-月桂酸单乙醇酰胺(KBr法);23-月桂酸二乙醇酰胺(液膜法)

图4 两性表面活性剂的红外光谱
24-β-月桂胺丙酸(KBr法):25-β-月桂胺丙酸钠(KBr法);26-硬脂基二甲基胺醋酸(医药用润滑油法);27-硬脂基二甲基胺醋酸钠(医药用润滑油法)
1.肥皂
肥皂在1568cm-1呈特征吸收。近羧基的碳链上引入吸电性基团,则特征吸收移向高波数。由羧酸盐水解为羧酸时,此吸收消失,而出现1710cm-1吸收。
2.磺酸盐和硫酸(酯)盐
在1220~1170cm-1出现宽阔的强吸收的话,则可以推断存在磺酸盐或硫酸(酯)盐。磺酸盐的最大吸收波长的波数低于1200 cm-1,硫酸(酯)盐的最大吸收波长的波数在1220 cm-1附近。在磺基的第一个碳原子上有吸电子基团时,则移向高于1200 cm-1的波数。支链和直链烷基苯磺酸除ll80 cm-1的强而宽的吸收外,还有1600、1500 cm-1和900~700 cm-1的芳香环吸收,1135和1045 cm-1的Vs03吸收为特征。支链型(ABS)在1400、1380和1367cm-1呈吸收,直链型(LAs)在1410和1430cm-1呈吸收。A-烯基磺酸盐除1190cm-1的强吸收和1070 cm-1的谱带外,在965 cm-1由于反式双键的CH面外变角振动引起的吸收而成为特征吸收带。链烷磺酸盐和烯基磺酸盐类似有965 cm-1的吸收,以1050 cm-1代替l070 cm-1。琥珀酸酯磺酸盐呈现VC0的1740 cm-1,Vasc-o-c和VS03重叠的1250~1210 cm-1,VS03的1050 cm-1吸收。烷基硫酸酯(AS)以1245、1220 cm-1的强吸收,1085和835 cm-1的吸收为特征。除1220 cm-1附近吸收外,在1120 cm-1附近有宽吸收的话,即表明是AES,随着环氧乙烷(EO)加合数增加,ll20 cm-1吸收带增强。
3.磷酸(酯)盐
烷基磷酸(酯)盐有l290~1235(vP=0)和1050~970 cm-1 (主要在1030~1010 cm-1)(vP-o- c)两处宽而强的吸收。一般后者也有裂分为两个强峰的场合。比较其吸收带的位置和强度,可以和磺酸盐、硫酸盐区别出来。
4.伯、仲、叔胺
伯胺在3340~3180 cm-1有VasNH的中等程度的吸收,在1640~1588 cm-1有δNH的弱吸收。仲胺在上述范围内的吸收都很弱或者不出现,其他吸收和烷烃类似。叔胺在红外区得不到有效的情报。二烷醇胺的红外暖收光谱和伯醇类似,将其转变成盐酸盐,则在2700~2315cm-1出现缔合的N+H基的强吸收。一般来讲,将胺转变成盐酸盐,其吸收增强。
5.季铵盐
除1470和720cm-1的尖锐吸收外,在2900 cm-1前后有强吸收的话,则为双烷基二甲基型(但是,在有结合水和不纯物时,吸收出现在3400 cm-1前后和1600 cm-1)。在1470 cm-1附近裂分为两个峰,在970和910 cm-1也有吸收的话,则为烷基三甲基型。970和910 cm-1的强度相同,720 cm-1裂分为720和730 cm-1的话,则烷基的链长为Cl8左右;910 cm-1较强,720 cm-1裂分的话,则链长为Cl2左右。除以上外,在1620~1600 cm-1有吸收,在1500 cm-1也有吸收的话,则考虑存在眯唑啉环。780,690 cm-1有吸收的话,则为吡啶盐。在1585 cm-1有弱而尖锐吸收,在1220 cm-1有中等程度的尖锐吸收,在720 cm-1和705 cm-1有强而尖锐吸收的话,则推断为三烷基苄基铵盐。
6.聚氧乙烯型
聚氧乙烯型非离子表面活性剂的特征是,在1120~1110 cm-1具有最大的宽阔而强的吸收。这种吸收的强度随着E0数的增加而增强。醇的环氧乙烷加成物除上述吸收外再没有其他特征吸收,而烷基酚的环氧乙烷加成物还会呈现l600~1580 cm-1和1500 cm-1的苯核吸收,取代苯在900~700 cm-1呈现吸收,因此可以和前者区别开来。
聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物的吸收与脂肪醇聚氧乙烯醚的吸收相似,前者在1380 cm-1的吸收带比1350 cm-1的吸收带强,后者则相反。
7.脂肪酰烷醇胺
烷醇酰胺的吸收特征是在1640 cm-1前后的酰胺吸收带和l050 cm-1的OH强的吸收带。单乙醇酰胺具有l540 cm-1的单取代酰胺的强吸收。
两性表面活性剂随着pH的变化而变成酸型或盐型,根据红外光谱可以了解其相应构造。
8.氨基酸
氨基酸的酸型特征是1725 cm-1的Vc=O,1200 cm-1的vc-0和弱的1588 cm-1的δNH2的吸收。在碱性条件下转变成盐型,则1725 cm-1,l200 cm-1的吸收消失,出现1610~1550 cm-1和1400 cm-1的VC00-吸收。对于两性离子,1400 cm-1的吸收发生转移和—CH3的1380 cm-1吸收重叠。这种现象是以两性离子存在的一切氨基酸的特征。
9.甜菜碱
甜菜碱是在分子中具有酸性基团的季铵盐化合物。酸型在1740 cm-1 (Vc=o)和1200 cm-1 (VC-O)呈吸收。盐型上述吸收消失,而出现l640~1600 cm-1 (vc00-)的吸收。(CH3)3 N-的特征吸收是960 cm-1。
注:
通过溶剂萃取方法得到的活性物如果是由几种类型组成的,那么可以通过离子交换树脂和离子交换纤维素来分离。在进行分离前,应对试样进行初步定性试验(本节),以确认试样中含有何种类型的表面活性物质,这是极其重要的。若是聚氧乙烯系非离子表面活性剂分别与阴离子或阳离子表面活性剂相混合,则让其与亚甲蓝、溴酚蓝等色素形成络合物后,用氯仿萃取,观察氯仿层的颜色,可以判断阴离子或阳离子表面活性剂存在与否。若是聚氧乙烯系非离子表面活性剂不与阳离子表面活性剂相混合,则加入硫氰酸盐试剂溶液后,用苯萃取,苯层显色,表明存在聚氧乙烯系非离子表面活性剂。若聚氧乙烯系非离子表面活性剂中混有阳离子表面活性剂时,可用四苯硼钠试剂将阳离子表面活性剂沉淀,过滤后,再做上述试验。如需做进一步的定性工作,可用纸上层析法、薄板层析等进行。