表面活性剂与电化学的“那点事”

表面活性剂是由两种不同分子基构成的两亲化合物:一种是亲水性的,一种是亲脂性的。亲水部分是极性部分,对水等极性物质有很强的亲和力。亲脂(或疏水)部分对油和脂肪等非极性介质具有较强的亲和力。因此,表面活性剂可以同时与极性和非极性物质相互作用。而根据其分子结构中头部基团的电荷不同,表面活性剂亲水头基又可以分为阴离子型、阳离子型和非离子型。

Fig. 1. (a) Schematic representation of micelle formations from surfactant molecules.  (b) Surfactant structure.

1.表面活性剂亲水头基的分类

阴离子型:这些表面活性剂的亲水基团带负电荷,其通过加水被电离从而带负电,能够与溶液介质中的正电荷相结合。包括十二烷基硫酸钠、十二烷基醚硫酸钠等。

阳离子型:这些表面活性剂的亲水基带正电荷。阳离子表面活性剂根据含氮基团的不同分为两大类。第一类包括烷基氮化合物,如铵盐,包括至少一个长链的烷基和至少一个胺氢原子和季铵组分。第二组包括杂环物质,如吡啶鎓、吗啉鎓和咪唑鎓衍生物等。

非离子型:这些表面活性剂不包含任何带电基团,如Triton X-100、聚乙烯吡咯烷酮、皂苷等。两性型:表面活性剂分子同时表现出阴离子和阳离子特性,它们根据 pH 值显示出阴离子或阳离子行为。

2.电化学中的作用

近年来,表面活性剂在电化学分析技术中的使用有所增加,其主要原因表现在两个方面。首先,表面活性剂会影响分析物在电极表面的反应机理。其次,由于它们的分子结构,能够加速电子转移,增加分析测试的灵敏度。基于这些原因,表面活性剂在电化学分析技术中的应用变得越来越普遍。

2.1使用表面活性剂作改性修饰电极

在工作电极的改造中,电化学沉积法由于其简单、参数易于调整等优点,往往是首选方法。然而,通过电化学将纳米颗粒改性到电极表面往往会出现各种问题。沉积过程中表面活性剂的使用可防止工作电极涂层不均匀。此外,表面活性剂可降低界面张力并调节纳米粒子分布。它们可以改变电极的表面性质,提高电极对靶标的吸附能力。其中SDS 是电化学研究中常用的表面活性剂,它能够通过修饰电极来提高传感器的灵敏度。

Fig. 2. Scheme of MWCNT-COOH/SDS/SPE sensor to cisplatin determination

2.2表面活性剂作为支持电解质

在电化学分析中使用表面活性剂的第二种情况是它们用作支持电解质溶液。在电化学分析中,在支持电解质溶液中使用表面活性剂具有在电极-电解质界面吸附、静电相互作用、即使少量使用也能增加分析物响应等优点。

总之从电化学分析的角度来看,表面活性剂的两个主要用途:1.支持电解质2.通过表面活性剂修饰电极。表面活性剂由于其结构中具有不同的负载组分和胶束具有提高传感器灵敏度、增加分析电化学氧化还原信号、降低检测限、易于制备等优点,使其在电化学分析中得以广泛的应用。

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参考文献

[1] Didem Nur Unal, Sercan Yıldırım, Sevinc Kurbanoglu, Bengi Uslu Current trends and roles of surfactants for chromatographic and electrochemical sensing. Trends in Analytical Chemistry 144 (2021) 116418

 

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