臨界ミセル濃度付近の界面活性剤の定量分析において、液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法の検量線に異常な挙動が見られた

Abnormal behaviors in the calibration curves of liquid chromatography-tandem mass spectrometry occurring in the quantitative analysis of surfactants near critical micelle concentrations.

• Sang Tak Lee
• Hyeri Kim
• Jung-Hwan Kwon
• Han Bin Oh

抄録

第四級アンモニウム化合物を含む界面活性剤は、消費者向け化学製品の一部として日常生活に広く使用されており、最近ではシェールオイル産業でも使用されています。界面活性剤はそのユニークな両親媒性の特性から、臨界ミセル濃度（CMC）と呼ばれる一定の閾値以上の濃度でミセルを形成します。Siuzdakらによる以前のエレクトロスプレーイオン化質量分析法による研究では、ミセル形成に関する間接的な証拠が提示されていた。ここでは、このようなミセル形成が界面活性剤の定量分析にどのような影響を与えるかを液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法を用いて調べた。その結果、デシル硫酸ナトリウム（SDeS）、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）、臭化ミリスチルトリメチルアンモニウム（MTAB）、塩化ベンジルジメチルオクタデシルアンモニウム（BAC-18）など、いくつかの選択されたアニオン性およびカチオン性界面活性剤の検量線プロットで異常な挙動が明らかになった。これらの界面活性剤のそれぞれのCMCに近い濃度では、MTABの校正プロットは平坦になり、SDeS、SDS、およびBAC-18の校正プロットの傾きは急激に変化した。これらの異常な挙動はミセル形成に関係していると考えられる。実用的な観点からは、界面活性剤の定量分析において、正確な界面活性剤測定を行うためには、CMCに近い高ミセル濃度は避けるべきであることが示唆された。

Surfactants, including quaternary ammonium compounds, are widely used in daily life as part of consumer chemical products and, more recently, in the shale oil industry. Because of their unique amphiphilic properties, surfactants form micelles at concentrations above a certain threshold known as the critical micelle concentration (CMC). A previous electrospray ionization mass spectrometry studies conducted by Siuzdak et al. and others presented indirect evidence regarding micelle formation. Herein, we have used liquid chromatography-tandem mass spectrometry to explore how such micelle formations affect the quantitative analysis of surfactants. Results reveal abnormal behaviors in the calibration plots of a few selected anionic and cationic surfactants, such as sodium decyl sulfate (SDeS), sodium dodecyl sulfate (SDS), myristyltrimethylammonium bromide (MTAB), and benzyldimethyloctadecylammonium chloride (BAC-18). At concentrations close to the respective CMCs of these surfactants, the calibration plot for MTAB flattened, whereas the slopes of the calibration plots for SDeS, SDS, and BAC-18 suddenly changed. These abnormal behaviors can be related to micelle formation. From a practical perspective, the above observations suggest that in the quantitative analysis of surfactants, high micelle concentrations close to the CMC should be avoided to obtain accurate surfactant measurements.

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