Вплив іонних і неіонних добавок на кислотну силу нейтрального червоного в водних розчинах полі (4-стиренсульфонату натрію)
Анотація
Полііони полі (4-стиренсульфонату натрію) в водному розчині можна вважати колоїдною псевдофазою. Аналогічно з міцелами, деякі сполуки можуть зв’язуватися також з зарядженими поліелектролітними клубками. В даній роботі забарвлені кислотно-основні індикаторні барвники були використані для вивчення проникнення іонних та неіонних компонентів розчину в поліелектролітні клубки. Такий аналіз ґрунтується на змінах кислотної сили барвників. Метою роботи було визначення залежностей уявних констант іонізації нейтрального червоного, Kaapp, від іонної сили розчину, I, в різних змішаних системах, що містять полі (4-стиренсульфонату натрію) (NaPSS) і тетраетиламоній бромід, тетра-н-бутиламоній іодид, або бутанол-1 з добавкою NaCl. Нейтральний червоний є зафіксованим на поліелектролітних клубках завдяки електростатичним та гідрофобним взаємодіям. Відношення концентрацій поліелектроліт : барвник, P : D, що є важливим параметром для спектрофотометричних вимірювань, дорівнює 100. Виявлено, що тетра-н-алкіламонієві солі сильніше впливають на кислотну силу нейтрального червоного порівняно з NaCl. Наприклад, у випадку тетраетиламонію броміду pKaapp = 7.90 ± 0.07 при I = 0.02 M, тоді як в присутності NaCl при такій же іонній силі pKaapp = 8.45 ± 0.04. Це може бути пояснено специфічною адсорбцією тетра-н-алкіламонієвих катіонів на «поверхні» полііонів. Введення бутанолу-1 значно підвищує кислотну силу нейтрального червоного також, однак його вплив не є монотонним зі зміною іонної сили. Обговорено залежності pKaapp від log I, виходячи з закономірностей, які є добре відомими для міцелярних систем ПАР. Всі вищезгадані системи були вивчені методом динамічного розсіювання світла за допомогою приладу Zetasizer Nano ZS Malvern Instruments. Було виявлено, при іонній силі 3×10–3 М і більше, розмір (за числом частинок) полііонів в присутності NaCl становить близько 7 нм. Введення добавок приводить до деякого збільшення розміру: при добавках бутанолу-1 розмір частинок NaPSS складає 10 нм.
Завантаження
Посилання
J. Y. Teo, W. Chin, X. Ke, S. Gao, S. Liu, W. Cheng, J. L. Hedrick, Y. Y. Yang, pH and redox dual-responsive biodegradable polymeric micelles with high drug loading for effective anti-cancer drug delivery, Nanomedicine: NBM 13 431-442, doi:10.1016/j.nano.2016.09.016
J. H. Hamman, Chitosan Based Polyelectrolyte Complexes as Potential Carrier Materials in Drug Delivery Systems, Marine Drugs 8 (2010) 1305.
B. Bolto, J. Gregory, Organic polyelectrolytes in water treatment, Water Research 41 (2007) 2301-2324, doi:10.1016/j.watres.2007.03.012
A. Y. Kharchenko, N. N. Kamneva, N. O. Mchedlov-Petrossyan, The properties and composi-tion of the SDS – 1-butanol mixed micelles as determined via acid-base indicators, Colloids Surf., A 507 (2016) 243-254, doi:10.1016/j.colsurfa.2016.08.004
H. Høiland, E. Ljosland, S. Backlund, Solubilization of alcohols and alkanes in aqueous solution of sodium dodecyl sulfate, J. Colloid Interface Sci. 101 (1984) 467-471, doi:10.1016/0021-9797(84)90058-4
N. Mchedlov-Petrossyan, A. Pulyaeva, The sodium/alkyl-ammonium ion exchange at the micellar surface of dodecyl sulfate micelles as studied with the help of pKa-probes, Funct. Mater. 2 (1995) 530-531.
K. Gunaseelan, K. Ismail, Estimation of micellization parameters of sodium dodecyl sulfate in water+1-butanol using the mixed electrolyte model for molar conductance, J. Colloid Interface Sci. 258 (2003) 110-115, doi:10.1016/S0021-9797(02)00065-6
G. V. Hartland, F. Grieser, L. R. White, Surface potential measurements in pentanol-sodium dodecyl sulphate micelles, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1 83 (1987) 591-613, doi:10.1039/F19878300591
C. J. Drummond, F. Grieser, T. W. Healy, Acid-base equilibria in aqueous micellar solutions. Part 3.-Azine derivatives, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1 85 (1989) 551-560, doi:10.1039/F19898500551
N. O. Mchedlov-Petrossyan, Protolytic equilibrium in lyophilic nanosized dispersions: Differentiating influence of the pseudophase and salt effects, Pure Appl. Chem. 80 (2008) 1459, doi:10.1351/pac200880071459
D. Wang, X. Gong, P. S. Heeger, F. Rininsland, G. C. Bazan, A. J. Heeger, Biosensors from conjugated polyelectrolyte complexes, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99 (2002) 49-53, doi:10.1073/pnas.012581399
L. I. Kazakova, L. I. Shabarchina, S. Anastasova, A. M. Pavlov, P. Vadgama, A. G. Skirtach, G. B. Sukhorukov, Chemosensors and biosensors based on polyelectrolyte microcapsules con-taining fluorescent dyes and enzymes, Anal. Bioanal. Chem. 405 (2013) 1559-1568, doi:10.1007/s00216-012-6381-0
D. Horn, C.-C. Heuck, Charge determination of proteins with polyelectrolyte titration, J. Bio. Chem. 258 (1983) 1665-1670.
E. Baumgartner, R. Fernandez-Prini, D. Turyn, Change of apparent acidity constant of indica-tors in polyelectrolyte solutions, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1 70 (1974) 1518-1526, doi:10.1039/F19747001518
K. Tamaki, A. Tsuchiya, The solubilization of Orange OT in aqueous solutions of alkyl-substituted ammonium salts of polystyrenesulfonic acid, Kolloid-Zeitschrift und Zeitschrift für Polymere 200 (1964) 34-37, doi:10.1007/bf01499432
C. Bravo, J. R. Leis, M. E. Pena, Effect of alcohols on catalysis by dodecyl sulfate micelles, J. Phys. Chem. 96 (1992) 1957-1961, doi:10.1021/j100183a077
D. A. R. Rubio, D. Zanette, F. Nome, C. A. Bunton, Effect of 1-Butanol on Micellization of Sodium Dodecyl Sulfate and on Fluorescence Quenching by Bromide Ion, Langmuir 10 (1994) 1151-1154, doi:10.1021/la00016a030
L. P. Loginova, E. Y. Yakovleva, M. N. Galat, A. P. Boichenko, Effect of aliphatic alcohols and aliphatic carboxylic acids on the critical micelle concentration and counter-ion binding degree of sodium dodecylsulfate, Jour. Moll. Liq. 145 (2009) 177-181, doi:10.1016/j.molliq.2008.05.009
J. F. Rathman, J. F. Scamehorn, Counterion binding on mixed micelles: effect of surfactant structure, Langmuir 3 (1987) 372-377, doi:10.1021/la00075a017
P. Mukerjee, K. Banerjee, A Study of the Surface pH of Micelles Using Solubilized Indicator Dyes, J. Phys. Chem. 68 (1964) 3567-3574, doi:10.1021/j100794a022
U. Böhme, U. Scheler, Counterion condensation and effective charge of poly(styrenesulfonate), Adv. Colloid Interface Sci. 158 (2010) 63-67, doi:10.1016/j.cis.2010.02.010
F. Boué, M. Rawiso, J. Combet, C. Rochas, S. Hoffmann, Structure of Polyelectrolytes with Mixed of Monovalent and Divalent Counterions: Poisson-Boltzmann Analysis and SAXS Measurements, Macromolecules 44 (2011) 3039-3052, doi:10.1021/ma102226v
B. L. Rivas, I. Moreno-Villoslada, Binding of Cd2+ and Na+ Ions by Poly(sodium 4-styrenesulfonate) Analyzed by Ultrafiltration and Its Relation with the Counterion Conden-sation Theory, J. Phys. Chem. B 102 (1998) 6994-6999, doi:10.1021/jp980941m
G. S. Manning, Counterion binding in polyelectrolyte theory, Acc. Chem. Res. 12 (1979) 443-449, doi:10.1021/ar50144a004
A. V. Dobrynin, M. Rubinstein, Theory of polyelectrolytes in solutions and at surfaces, Prog. Polym. Sci. 30 (2005) 1049-1118, doi:10.1016/j.progpolymsci.2005.07.006
S. P. Moulik, B. K. Paul, D. C. Mukherjee, Acid-Base Behavior of Neutral Red in Compart-mentalized Liquids (Micelles and Microemulsions), J. Colloid Interface Sci. 161 (1993) 72-82, doi:10.1006/jcis.1993.1443
N. N. Kamneva, A. Y. Kharchenko, O. S. Bykova, A. V. Sundenko, N. O. Mchedlov-Petrossyan, The influence of 1-butanol and electrolytic background on the properties of CTAB micelles as examined using a set of indicator dyes, Moll. Liq. 199 (2014) 376-384, doi:10.1016/j.molliq.2014.09.022
A. Y. Kharchenko, O. G. Moskaeva, O. R. Klochaniuk, M. O. Marfunin, N. O. Mchedlov-Petrossyan, Effect of poly (sodium 4-styrenesulfonate) on the ionization constants of acid-base indicator dyes in aqueous solutions, Colloids Surf., A 527 (2017) 132-144, doi:10.1016/j.colsurfa.2017.05.030
J. J. Tanahatoe, Dynamic Light Scattering of Flexible Highly Charged Polyelectrolytes at In-finite Dilution, J. Phys. Chem. B 101 (1997) 10442-10445, doi:10.1021/jp972428z
J. J. Tanahatoe, M. E. Kuil, Dynamic Light Scattering of a Flexible Highly Charged Polyelectrolyte in the Dilute Concentration Regime, Macromolecules 30 (1997) 6102-6106, doi:10.1021/ma9703259
Z. Adamczyk, M. Zembala, P. Warszyński, B. Jachimska, Characterization of Polyelectrolyte Multilayers by the Streaming Potential Method, Langmuir 20 (2004) 10517-10525, doi:10.1021/la040064d
G. M. Pavlov, A. S. Gubarev, I. I. Gavrilova, E. F. Panarin, Conformations of sodium poly(styrene-4-sulfonate) macromolecules in solutions with different ionic strengths, Polym. Sci. Ser. A 53 (2011) 1003-1011, doi:10.1134/S0965545X11110095
A. Y. Kharchenko, O. G. Moskaeva, The acid-base equilibrium of cationic dyes in the aque-ous solutions of poly (sodium 4-styrenesulfonate), Kharkiv University Bull. Chem. Series 26 (2016) 12-25.
P. Dell' Antone, R. Colonna, G. F. Azzone, The Membrane Structure Studied with Cationic Dyes, Eur. J. Biochem. 24 (1972) 566-576, doi:10.1111/j.1432-1033.1972.tb19719.x
N. O. Mchedlov-Petrossyan, L. P. Loginova, V. N. Klesch'evnikova, The influence of salts on the ionization of indicators in the Stern layer of cationic micelles, Zhur. Fiz. Khim. 67 (1993) 1649-1653 (in Russian).
H. Cottet, P. Gareil, O. Theodoly, C. E. Williams, A semi-empirical approach to the modeling of the electrophoretic mobility in free solution: application to polystyrenesulfonates of various sulfonation rates, Electrophoresis 21 (2000) 3529-3540, doi:10.1002/1522-2683(200011)21:17<3529::AID-ELPS3529>3.0.CO;2-2
A. Marcilla, F. Ruíz, M. M. Olaya, Liquid-liquid-solid equilibria of the quaternary system water-ethanol-1-butanol-soldium chloride at 25°C, Fluid Phase Equil. 105 (1995) 71-91, doi:10.1016/0378-3812(94)02595-R
Z. Li, Y. Tang, Y. Liu, Y. Li, Salting effect in partially miscible systems of n-butanol–water and butanone–water 1. Determination and correlation of liquid-liquid equilibrium data, Fluid Phase Equil. 103 (1995) 143-153, doi:10.1016/0378-3812(94)02615-8
R. Stephenson, J. Stuart, Mutual binary solubilities: water-alcohols and water-esters, J. Chem. & Engineering Data 31 (1986) 56-70, doi:10.1021/je00043a019
A. Oudshoorn, M. C. F. M. Peters, L. A. M. van der Wielen, A. J. J. Straathof, Exploring the potential of recovering 1-butanol from aqueous solutions by liquid demixing upon addition of carbohydrates or salts, J. Chem. Tech. & Biotech. 86 (2011) 714-718, doi:10.1002/jctb.2577
