Proton magnetic resonance spectrum of benzene molecules exchanging between surfactant micelles and water phase

Summary

Proton magnetic resonance spectra of benzene solubilized to saturation in deuterium oxide solutions of sodium dodecyl sulfate (SDS) and of trimethyldodecylammonium chloride were examined. The benzene signal did not shift until the surfactant concentration reached the critical micelle concentration, when it then began to shift abruptly. With a further increase in surfactant concentration, the signal shifted asymptotically to a definite position. The same phenomenon was observed with hydrogen oxide solutions of SDS.

The shift of the benzene signal is discussed and interpreted in terms of the exchange of benzene molecules between surfactant micelles and water. From this standpoint, the lifetime of the benzene molecule in a micelle can be estimated from the broadening of the signal. This is evaluated to be 10⁻⁴ second or less for a benzene molecule in an SDS micelle (saturated with benzene).

Zusammenfassung

Es wurden Kernresonanzspektren von Benzol, solubilisiert bis zur Sättigung in Natriumdodecylsulfat- und Trimethyldodecylammoniumchlorid-Lösungen in schwerem Wasser, untersucht. Das Benzolsignal verschiebt sich nicht, bevor die Konzentration des oberflächenaktiven Agenz die kritische Micellkonzentration erreicht hat. Dann, oberhalb dieser, verschiebt es sich. Mit weiterem Anstieg der Konzentration an oberflächenaktiver Substanz nähert es sich asymptotisch einer festen Lage. Dasselbe Phänomen läßt sich in Lösungen von Natriumdodecylsulfat in gewöhnlichem Wasser beobachten.

Die Verschiebung des Benzolsignals wird diskutiert und als Austausch der Benzolmoleküle zwischen Micellen und Wasser verstanden. Von diesem Standpunkt aus ist die Lebenszeit eines Benzols in einer Micelle aus der Verbreiterung des Signals abschätzbar. Sie ergibt sich für ein Benzolmolekül in einer Natriumdodecylmicelle, die mit Benzol gesättigt ist, zu 10⁻⁴ sec oder weniger.