囊泡形成和破壞的動(dòng)力學(xué)

2007年第65卷化學(xué)學(xué)報wol65,2007第20期,2279~228ACTA CHIMICA SINICANo.20,2279~2284·研究論文·囊泡形成和破壞的動(dòng)力學(xué)周文婷徐曉明藍琴韓國彬*(固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系廈門(mén)361005)摘要利用停流裝置研究了十二烷基硫酸鈉(SDS和十二烷基三甲基溴化銨①DTAB)復配形成囊泡的過(guò)程和囊泡破壞過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),并結合動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)和電子透射顯微鏡探索囊泡形成和羹泡破壞過(guò)程的機理動(dòng)態(tài)光散射和電子透射顯微鏡的研究結果表明囊泡的形成過(guò)程主要包括四個(gè)階段:混合膠團→柔性的長(cháng)棒狀聚集體→“非平衡襄泡”平衡囊泡,而與其對應的粒度分散度則呈現“單分散性→多分散性”的周期性變化規律.此外,動(dòng)力學(xué)結果表明泡形成過(guò)程很長(cháng),但其活化能不大,這意味著(zhù)囊泡形成過(guò)程的控制步驟可能不是活化能控制.而相對于囊泡的形成,囊泡的破壞過(guò)程是十分迅速的關(guān)鍵詞囊泡;表面活性劑;停流法;臨界堆積常數Kinetics of vesicle Formation and BreakdownZHOU, Wen-Ting XU, Xiao-Ming LAN, Qin HAN, Guo-Bin(State Key Laboratory for Physical Chemistry of Solid Surface and Department of Chemistry, College of Chemistry andChemical Engineering Xiamen University, Xiamen 361005)Abstract A combination of stopped-flow, transmission electron microscopy and dynamic light-scatteringtechniques has been used to study the kinetics of vesicle formation and breakdown as well as the mechanismof vesicle formation and breakdown in DTAB/SDS aqueous solutions. The results show that the process ofvesicle formation can be modeled as a sequence of distinct processes: mixed micelles-flexible stick-shapedaggregates-non-equilibrium vesicles -equilibrium vesicle system, and the evolution of particle dispersiondegree appears to be a periodical change of "monodispersity-polydispersity"In addition, the kineticanalysis shows that the process of vesicle formation lasts for a long time. However, the activation energy ofvesicle formation is not too high, which implies that the control procedure of the process is independent ofactivation energy. In contrast to the process of vesicle formation, vesicle breakup to mixed micelles appearsto be a rapid process.Keywords vesicle; surfactant; stopped-flow method; effective packing parameter囊泡是由兩層雙親分子定向單層尾對尾地結合成成的囊泡有其獨特的性質(zhì),例如可通過(guò)合成不同類(lèi)型的封閉單分子雙層所構成的外殼,和殼內包藏的微水相構表面活性劑來(lái)形成所需要的各種囊泡,也可通過(guò)調節陰成,它可分為兩種類(lèi)型:由天然的或合成的磷脂所組陽(yáng)離子表面活性劑的比例來(lái)控制泡表面的電荷,以適成的囊泡(脂質(zhì)體)和由雙親分子自組裝形成的囊泡.到應不同的囊泡研究的要求,并可用聚合物包裹的方法來(lái)目前為止,有關(guān)囊泡的大多數研究都局限于脂質(zhì)體,且進(jìn)一步提高它的穩定性等.目前大多數有關(guān)表面活性劑研究的歷史較為悠久.相比之下,對雙親分子自組裝形囊泡中國煤化工面活性劑復配的體成的囊泡性質(zhì)的研究歷史較短.由于雙親分子自組裝形系CNMH是出的“聚集體臨界E-mail: hange xmucdu.cnReceived August 31, 2006: revised May 9. 2007; accepted July 2, 2007夏門(mén)大學(xué)科技創(chuàng )新重點(diǎn)項目(No. XMKJCX20052001)資助項目2280化學(xué)學(xué)報vl.65,2007堆積常數(P)公式”和透射電鏡來(lái)研究囊泡體系的性質(zhì)對于這個(gè)破壞過(guò)程的速率可以寫(xiě)成如下表達式n而對于囊泡形成動(dòng)力學(xué)以及囊泡形成的機理還研究很少rate-d[micelle] vesicleks[A][vesicle]" (1)本文是利用停流裝置研究十二烷基硫酸鈉(SDS)+十二烷基三甲基溴化銨DTAB)二組分復配形成囊泡的其中 vesicle,[A]和 micelle]別為囊泡、表面活性劑以過(guò)程和囊泡破壞過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),并結合動(dòng)態(tài)光散射及混合膠束的濃度;k為速率常數.顯然這是一個(gè)多級技術(shù)和電子透射顯微鏡探索囊泡的形成和囊泡破壞過(guò)反應,而且由于囊泡體系并不是一個(gè)單一分散的體系,程的機理因此測得的破壞速率可能是不同粒徑破壞速率的平均值.[ vesicle]和A]這兩個(gè)參量中,只有 vesicle即囊泡濃1理論部分度的變化才會(huì )引起體系濁度的改變.根據目前的研究結果囊泡破壞的停流曲線(xiàn)是呈現出單指數衰減的形1.1囊泡的臨界堆積常數(月式,因此可以按照準一級反應來(lái)處理,用表觀(guān)速率常數根據 sraelachvili理論,雙親分子是否能自發(fā)地形kp來(lái)作為反應的速率常數成囊泡是與其臨界堆積常數P有關(guān):P=Wa),式中v按一級反應進(jìn)行數據處理時(shí)根據公式9是分子的體積,l是表面活性劑尾鏈(碳氫鏈)的長(cháng)度,a是表面活性劑分子的有效頭基面積,公式中的ad表示To-to個(gè)圓柱體的體積(即分子的頭尾面積相等)當雙親分式中,r表示平衡時(shí)的濁度,x為體系在起始和r時(shí)刻子的臨界堆積常數:0.5