2007年第65卷化學(xué)學(xué)報(bào)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(lán)琴韓國(guó)彬*(固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系廈門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(fù)配形成囊泡的過程和囊泡破壞過程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),并結(jié)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程的機(jī)理動(dòng)態(tài)光散射和電子透射顯微鏡的研究結(jié)果表明囊泡的形成過程主要包括四個(gè)階段:混合膠團(tuán)→柔性的長(zhǎng)棒狀聚集體→“非平衡襄泡”平衡囊泡,而與其對(duì)應(yīng)的粒度分散度則呈現(xiàn)“單分散性→多分散性”的周期性變化規(guī)律.此外,動(dòng)力學(xué)結(jié)果表明泡形成過程很長(zhǎng),但其活化能不大,這意味著囊泡形成過程的控制步驟可能不是活化能控制.而相對(duì)于囊泡的形成,囊泡的破壞過程是十分迅速的關(guān)鍵詞囊泡;表面活性劑;停流法;臨界堆積常數(shù)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(duì)尾地結(jié)合成成的囊泡有其獨(dú)特的性質(zhì),例如可通過合成不同類型的封閉單分子雙層所構(gòu)成的外殼,和殼內(nèi)包藏的微水相構(gòu)表面活性劑來(lái)形成所需要的各種囊泡,也可通過調(diào)節(jié)陰成,它可分為兩種類型: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(yīng)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(shù)研究都局限于脂質(zhì)體,且進(jìn)一步提高它的穩(wěn)定性等.目前大多數(shù)有關(guān)表面活性劑研究的歷史較為悠久.相比之下,對(duì)雙親分子自組裝形囊泡中國(guó)煤化工面活性劑復(fù)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夏門大學(xué)科技創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目(No. XMKJCX20052001)資助項(xiàng)目2280化學(xué)學(xué)報(bào)vl.65,2007堆積常數(shù)(P)公式”和透射電鏡來(lái)研究囊泡體系的性質(zhì)對(duì)于這個(gè)破壞過程的速率可以寫成如下表達(dá)式n而對(duì)于囊泡形成動(dòng)力學(xué)以及囊泡形成的機(jī)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(fù)配形成囊泡的其中 vesicle,[A]和 micelle]別為囊泡、表面活性劑以過程和囊泡破壞過程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),并結(jié)合動(dòng)態(tài)光散射及混合膠束的濃度;k為速率常數(shù).顯然這是一個(gè)多級(jí)技術(shù)和電子透射顯微鏡探索囊泡的形成和囊泡破壞過反應(yīng),而且由于囊泡體系并不是一個(gè)單一分散的體系,程的機(jī)理因此測(cè)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(jù)目前的研究結(jié)果囊泡破壞的停流曲線是呈現(xiàn)出單指數(shù)衰減的形1.1囊泡的臨界堆積常數(shù)(月式,因此可以按照準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)來(lái)處理,用表觀速率常數(shù)根據(jù) sraelachvili理論,雙親分子是否能自發(fā)地形kp來(lái)作為反應(yīng)的速率常數(shù)成囊泡是與其臨界堆積常數(shù)P有關(guān):P=Wa),式中v按一級(jí)反應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)根據(jù)公式9是分子的體積,l是表面活性劑尾鏈(碳?xì)滏?的長(zhǎng)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(dāng)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(shù):0.5