由废弃食用油衍生的两性磺酸盐与甲基橙在混合溶剂中的相互作用：溶剂效应

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Interaction between zwitterionic sultaine derived from waste edible oil and methyl orange in mixed solvents: Solvent effect

该研究利用UV-Vis光谱分析甲基橙（MO）与生物基两性表面活性剂FSB在三种溶剂（水、水-甘油、水-甘醇）中的相互作用，发现溶剂极性变化影响MO吸收峰强度及λmax偏移，结合常数和分配系数表明甘油促进染料-表面活性剂结合，自由能变化验证了溶剂效应对分子作用机制的影响，为染料分离工艺优化提供理论支撑。

　　这项研究探讨了甲基橙（MO）与一种来源于废弃食用油的两性表面活性剂脂肪酰胺丙基羟基磺基甜菜碱（FSB）在三种溶液中的相互作用行为。所使用的溶液包括纯水、水-甘油（0.10 mol/L）和水-乙二醇（0.10 mol/L），研究在298.15 K的温度条件下进行，并采用紫外-可见光谱（UV–vis）技术进行分析。研究结果表明，当添加溶剂（甘油或乙二醇）后，MO的吸收光谱在无FSB和有FSB的情况下表现出明显的差异，特别是在吸收峰的强度和最大吸收波长（λ_max）方面。

在稀释的表面活性剂溶液中，随着FSB浓度的增加，MO的吸收峰强度减弱，且λ_max略微向短波长方向移动。相反，在形成胶束的溶液中，随着FSB浓度的增加，MO的吸收峰强度增强，同时出现红移现象，即λ_max向长波长方向移动。这一现象表明，溶剂性质的变化对MO与FSB之间的相互作用行为和MO在胶束中的分布产生了显著影响。研究还发现，MO在不同溶剂中的λ_max值会因溶剂极性的不同而发生变化，例如在甘油中为442 nm，在甲醇中为421 nm，在乙醇中为417 nm，在丙酮中为412 nm，在苯中为406 nm。这些数据表明，溶剂的极性对MO的吸收特性具有重要影响。

在MO与表面活性剂的相互作用系统中，MO通常与带相反电荷的阳离子表面活性剂（如十二烷基三甲基氯化铵CTAC）形成较强的相互作用，而与带相同电荷的阴离子表面活性剂（如十二烷基硫酸钠SDS）则没有明显的相互作用。这种差异主要归因于静电相互作用的强度。对于非离子表面活性剂，水的疏水效应则在MO与表面活性剂的相互作用中发挥主导作用。然而，在某些情况下，MO也可能与两性表面活性剂部分形成静电复合物，这可能与两性表面活性剂的结构特性有关。

在本研究中，采用的FSB是一种新型的生物基两性表面活性剂，其疏水链的平均碳数约为18.83，来源于废弃食用油。FSB的合成过程包括油的水解、与N,N-二甲基丙烯胺的酰胺化反应以及随后与钠3-氯-2-羟基丙烷磺酸盐的季铵化反应。通过选择甘油和乙二醇作为溶剂，并将它们的浓度控制在0.10 mol/L，研究者能够更全面地分析MO在不同溶剂环境下的吸收行为及其与FSB的相互作用。研究还考虑了溶剂对MO与FSB之间相互作用的贡献，包括静电相互作用、疏水效应等。

在无FSB的情况下，MO在三种溶液中的吸收光谱表现出不同的特征。在纯水中，MO的吸收峰强度最强，λ_max值约为464 nm；而在水-甘油和水-乙二醇溶液中，吸收峰强度略有减弱，且λ_max值向长波长方向移动。这表明，溶剂的极性变化对MO的吸收行为产生了影响。在有FSB的情况下，吸收峰的强度和λ_max值的变化则更加显著。在稀释的FSB溶液中，随着FSB浓度的增加，MO的吸收峰强度减弱，且λ_max值略微向短波长方向移动；而在形成胶束的FSB溶液中，随着FSB浓度的增加，MO的吸收峰强度增强，同时出现红移现象。这种差异可能与FSB在不同浓度下的聚集状态有关。

为了更深入地理解MO与FSB之间的相互作用行为，研究还分析了其结合常数和分配系数。结合常数反映了MO与FSB之间相互作用的强度，而分配系数则描述了MO在不同相态中的分布情况。这些参数的变化表明，MO与FSB之间的相互作用受到溶剂极性、表面活性剂浓度以及两性表面活性剂的结构特性的影响。此外，研究还考虑了自由能变化，这有助于解释MO与FSB之间相互作用的自发性。

研究结果不仅有助于理解染料与表面活性剂之间的相互作用机制，还对溶剂效应提供了新的见解。这些信息对于优化染色工艺、设计染料分离过程、开发新型材料或辅助剂等具有重要意义。同时，研究还具有理论价值，可应用于生物技术、化学分析、新能源、离子检测等领域。通过研究MO与FSB在不同溶剂中的相互作用行为，研究者能够更全面地了解表面活性剂在实际应用中的行为特性，并为相关领域的研究提供基础支持。

本研究采用的实验方法包括材料准备、紫外-可见光谱测量、结合常数和分配系数的分析等。材料方面，FSB由本研究团队合成，纯度为99 wt%，通过使用无水乙醇进行重结晶获得。MO和无水乙醇均为分析级试剂，纯度超过99 wt%。研究中还使用了去离子水，其电导率约为1.357 μS/cm，用于制备所有实验溶液。实验过程中，MO的浓度为1.833 × 10^?5 mol/L，通过紫外-可见光谱技术记录其在不同溶液中的吸收光谱，并分析其在不同条件下的变化。

在实验过程中，研究者还特别关注了溶剂对MO与FSB之间相互作用的影响。通过改变溶剂的种类和浓度，研究者能够观察到MO的吸收峰强度和λ_max值的变化。这些变化不仅反映了MO在不同溶剂中的吸收特性，还揭示了其与FSB之间相互作用的复杂性。此外，研究还发现，FSB的两性特性可能使其在与MO的相互作用中表现出独特的行为，例如在某些情况下，FSB可能与MO形成部分静电复合物。

本研究的结论表明，MO在无FSB的情况下，在三种不同溶液中的吸收行为表现出不同的特征。在纯水中，MO的吸收峰强度最强，λ_max值约为464 nm；而在水-甘油和水-乙二醇溶液中，吸收峰强度略有减弱，且λ_max值向长波长方向移动。在有FSB的情况下，MO的吸收峰强度和λ_max值的变化则更加显著，这可能与FSB在不同浓度下的聚集状态有关。研究还发现，FSB的两性特性可能使其在与MO的相互作用中表现出独特的行为，例如在某些情况下，FSB可能与MO形成部分静电复合物。

此外，研究还探讨了溶剂对MO与FSB之间相互作用的贡献。例如，在稀释的FSB溶液中，随着FSB浓度的增加，MO的吸收峰强度减弱，且λ_max值略微向短波长方向移动；而在形成胶束的FSB溶液中，随着FSB浓度的增加，MO的吸收峰强度增强，同时出现红移现象。这些现象表明，FSB在不同浓度下的聚集状态对MO的吸收行为产生了影响。同时，溶剂的极性变化也对MO的吸收行为产生了影响，这可能与MO在不同溶剂中的溶解度和分布有关。

本研究的发现不仅有助于理解染料与表面活性剂之间的相互作用机制，还对溶剂效应提供了新的见解。这些信息对于优化染色工艺、设计染料分离过程、开发新型材料或辅助剂等具有重要意义。同时，研究还具有理论价值，可应用于生物技术、化学分析、新能源、离子检测等领域。通过研究MO与FSB在不同溶剂中的相互作用行为，研究者能够更全面地了解表面活性剂在实际应用中的行为特性，并为相关领域的研究提供基础支持。

在实验过程中，研究者还特别关注了结合常数和分配系数的变化。结合常数反映了MO与FSB之间相互作用的强度，而分配系数则描述了MO在不同相态中的分布情况。这些参数的变化表明，MO与FSB之间的相互作用受到溶剂极性、表面活性剂浓度以及两性表面活性剂的结构特性的影响。此外，研究还考虑了自由能变化，这有助于解释MO与FSB之间相互作用的自发性。

本研究的结论表明，MO在无FSB的情况下，在三种不同溶液中的吸收行为表现出不同特征。在纯水中，MO的吸收峰强度最强，λ_max值约为464 nm；而在水-甘油和水-乙二醇溶液中，吸收峰强度略有减弱，且λ_max值向长波长方向移动。在有FSB的情况下，MO的吸收峰强度和λ_max值的变化则更加显著，这可能与FSB在不同浓度下的聚集状态有关。同时，溶剂的极性变化也对MO的吸收行为产生了影响，这可能与MO在不同溶剂中的溶解度和分布有关。

通过本研究，研究者能够更全面地理解染料与表面活性剂之间的相互作用机制，并为相关领域的研究提供基础支持。这些信息对于优化染色工艺、设计染料分离过程、开发新型材料或辅助剂等具有重要意义。同时，研究还具有理论价值，可应用于生物技术、化学分析、新能源、离子检测等领域。通过研究MO与FSB在不同溶剂中的相互作用行为，研究者能够更深入地了解表面活性剂在实际应用中的行为特性，并为相关领域的研究提供新的思路。

本研究的实验方法和数据分析为理解染料与表面活性剂之间的相互作用提供了新的视角。通过采用不同的溶剂和表面活性剂浓度，研究者能够观察到MO在不同条件下的吸收行为变化。这些变化不仅反映了MO在不同溶剂中的吸收特性，还揭示了其与FSB之间相互作用的复杂性。此外，研究还发现，FSB的两性特性可能使其在与MO的相互作用中表现出独特的行为，例如在某些情况下，FSB可能与MO形成部分静电复合物。

综上所述，本研究通过实验和理论分析，揭示了MO与FSB在不同溶剂中的相互作用行为及其影响因素。这些发现不仅有助于理解染料与表面活性剂之间的相互作用机制，还对溶剂效应提供了新的见解。这些信息对于优化染色工艺、设计染料分离过程、开发新型材料或辅助剂等具有重要意义。同时，研究还具有理论价值，可应用于生物技术、化学分析、新能源、离子检测等领域。通过研究MO与FSB在不同溶剂中的相互作用行为，研究者能够更全面地了解表面活性剂在实际应用中的行为特性，并为相关领域的研究提供基础支持。