Spectroscopic studies of dye-surfactant interactions in aqueous solutions in pre- and post-micelle formation concentration ranges

Abstract

The interaction between cationic dialkyloxacarbocyanine perchlorate (DlOCn) dyes with different alkyl chain length and anionic surfactant sodium dodecylsulfate (SDS) has been studied spectrophotometrically in aqueous solutions in surfactant pre- and post-micellar concentrations (CMC). In aqueous solutions of DlOC2 with SDS at SDS concentrations far before the CMC, the formation of ion-pair complexes of 1:1 composition between dye cations and surfactant anions has been revealed. Using absorption spectra of the dyes in solutions at SDS concentration above the CMC, binding constants (Kb) of the dyes to the surfactant micelles and fraction of the dyes bound to the micelles (fmic) have been calculated by means of the Benesi-Hildebrand equation. It has been shown that binding of oppositely charged dyes and surfactant micelles is controlled by both electrostatic and hydrophobic forces. However, even a small increase in the dye alkyl chain length causes an abrupt nonlinear increase of the fmic value that points to the fact that the hydrophobic interactions plays a major role in the dye to micelle incorporation.

Методами оптичної спектроскопії у водних розчинах досліджено взаємодію між катіонними барвниками діалкілоксакарбоціанін-перхлоратами (ДіОКп) з різною довжиною вуглеводневих радикалів та аніонною поверхнево-активною речовиною (ПАР) додецилсульфатом натрію (НДС) в концентрації останнього нижче та вище критичної концентрації міцелоутворення (ККМ). У водних розчинах ДіОКп з НДС при концентрації НДС нижче ККМ зареєстровано утворення комплексів складу 1:1 між катіоном барвника та аніоном ПАР. 3і спектрів поглинання барвників у водних розчинах при концентрації ПАР вищій від ККМ з використанням рівняння Бенеші-Гільдебранда отримано константи зв'язування барвників з міцелами НДС (Кb) та фракції зв'язаних барвників (fmic). Показано, що зв'язування протилежно заряджених барвника та ПАР зумовлено як електростатичними, так і гідрофобними взаємодіями. Однак той факт, що навіть невелике збільшення гідрофобності барвника за рахунок збільшення довжини вуглеводневого радикалу призводить до різкого нелінійного зростання величини fmic, свідчить про те, що гідрофобні взаємодії відіграють ключову роль.

Методами спектроскопии в водных растворах исследованы взаимодействия между катионными красителями диалкилоксакарбоцианин-перхлоратами (ДиОКп) с различной длинной углеводородных радикалов и анионным поверхностно-активным веществом (ПАВ) додецилсульфатом натрия (НДС), при концентрации последнего ниже и выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ). В водных растворах ДиОКп с НДС при концентрации НДС намного ниже ККМ наблюдалось образование комплексов состава 1:1 между катионом красителя и анионом ПАВ. Из спектров поглощения красителей в водных растворах при концентрации ПАВ выше КМК, с использованием уравнения Бенеши-Гильдебранда определены константы связывания красителей с мицеллами НДС (Кb) и доли связанных красителей (fmic). Показано, что связывание противоположно заряженных красителя и мицелл ПАВ определяется как электростатическими, так и гидрофобными взаимодействиями. Однако тот факт, что даже небольшое увеличение гидрофобности красителя за счет увеличения длины углеводородного радикала приводит к резкому нелинейному увеличению значения fmic, свидетельствует о том, что ключевую роль играют гидрофобные взаимодействия.