表面活性剂胶束82页PPT

表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，
可以从
c 曲线中直接看出。
Traube 规则 Traube研究发现， 同一种溶质在低浓度时
甲酸
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表面张力的降低与浓度
成正比 不同的酸在相同的 浓度时，每增加一个 CH2，其表面张力降低
35 0.18 50
乙酸 丙酸 丁酸 戊酸
0.36 0.54
效应平均可增加约3.2倍
§2.2 表面活性剂胶束
§2.3 表面活性剂结构与性能的关系
§2.1 表面张力与表面活性

§2.1.1 表面张力和表面自由能
§2.1.2 表面活性与表面活性剂
§2.1.3 表面活性剂的结构特点
§2.1.1 表面张力和表面自由能 最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。
液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。
'
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，P及组 成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体 系做的可逆非膨胀功。
表面自由能(surface free energy)
广义的表面自由能定义： 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积 时，相应热力学函数的增值。
狭义的表面自由能定义：
G ( ) p ,T ,nB A
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面 积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由 能，或简称表面自由能或表面能，用符号 或 表示，单位为J· m-2。
表面张力


从力的角度：作用于表面单位长度 边缘的力； 从能量角度：单位表面的表面自由 能

第2章 表面活性剂
冰淇淋是我们最喜爱的食物；有了洗涤剂我们 的生活才能如此美好。若没有表面活性剂，这两样 东西都不会有，这真是太可悲了。
但是，如果真的没有了表面活性剂，也不会有 人为没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣。因为没有表面活 性剂，人也没有了。
——英国著名界面化学家Ckint
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2.1 表面活性剂概述
表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有 极高的降低表、界面张力的能力和效率。
两个特性： 1. 在各种界面上的定向吸附； 2. 溶液内部形成胶束，从而具有一系列应用功能。
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2.1 表面活性剂概述 2.1.2 表面活性剂分子的结构特点 表面活性剂分子有两种不同性质的基团所组
成，一种是非极性的亲油基团，另一种是极 性的亲水基团。
ONa
RO-P=O 单酯盐
ONa O
RO RO
P
Байду номын сангаас
O ONa
双酯盐
性质与硫酸酯盐相近，抗电解质、硬化能力较强，洗净能力 好，为低泡性表面活性剂。可作为净洗剂、润湿剂、乳化剂、 抗静电剂和抗蚀剂。缺点：污染环境、影响水质
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2.4 阳离子表面活性剂
分为两类：
（1）胺盐类表面活性剂，可由高级胺(C12-18，伯、仲、 叔）用盐酸或醋酸处理而得：
性剂（阴离子、阳离子和两性表面活性剂）。 (b) 不能电离的叫非离子型表面活性剂。
2.按分子量大小：
（a）低分子量表面活性剂：1000以下； （b）中高分子量表面活性剂：1000以上； （C）高分子表面活性剂：10000以上。
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2.2 表面活性剂的分类
3. 按工业用途分类：
渗透剂、润湿剂、乳化剂、分散剂、起泡剂、消泡剂、 净洗剂、杀菌剂、匀染剂、缓染剂、柔软剂、平滑剂、 抗静电剂、防锈剂等。

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冷冻制样技术概述
冷冻固定
1、概念：在制冷剂的作用下使样品快速冻结、硬化，从而保持样品原有 的超微结构和化学成分，改善某些物理性质，便于后续处理或观察。
2、冷冻固定三要素：冷冻速度、温度和细胞质浓度
冷冻速度：大于7800℃/秒，形成的冰晶小于20nm。 温度：低于再结晶点（ -160 ℃） 细胞质的浓度：浓度高则温差小，不易冻伤。
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光学显微镜
荧光显微镜图像
共聚焦荧光显微镜图像
Langmuir，2010，26( 19) : 15210-15218
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电子显微镜
扫描
主要是利用二次电子信号成像来观察样 品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描 样品，通过电子束与样品的相互作用产生各 种效应，其中主要是样品的二次电子发射。 二次电子能够产生样品表面放大的形貌像。
F
排斥部分
pair
原子 原子
吸引部分 原子
排斥力 原子
d
吸引 力
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位置检测部分
仪器构成
力检测部分
压电扫描系统
反馈电子系统
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原子力显微镜的应用
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光散射
通过动态光散射的方法可以测
量大分子和胶体粒子的流体力学半
径分子 量 MW(weight
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胶束的作用
概述
去污 增溶
表面或界面张力降低 催化剂 药物载体
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胶束的驱油
概述
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概述
胶束的形态
胶束的形状可呈球状、层状、棒状，其尺寸大小在1nm1000nm之间，这样的系统是均相的、热力学稳定系统，把它称 为缔合胶束溶液或称为胶束电解质溶液，是胶体分散系统的重要 组成部分。

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5.胶束作用简介
（1）乳化作用：将一种液体的细小颗粒分散于另一种不相 溶的体系中。
（2）泡沫作用：泡沫试剂上是气体分散与液体分散体系。 地表面张力和高强度表面膜是形成泡沫的基本条件。
（3）分散作用：表面活性剂的加入使固液界面形成吸附层， 降低界面自由能，改变固体离子表面性质，使之容易分散。
（4）增溶作用：水溶液中表面活性剂的存在使不溶或微溶 于水的有机化合物溶解度显著增加。（浓度超过CMC）
（a）离子型
（b）非离子型 3
胶束的结构要由内核和外壳两部分组成，对于离子型表面 活性剂，外壳外侧有扩散双电层，（图b）非离子胶束没 有。
在表面活性剂的溶液中，胶束与离子或分子处于平衡态， 充当仓库的作用，在其被消耗时释放出单个分子或离子。 另一方面，胶束自身能产生乳化、分散及增溶等作用因此 表面活性剂一般在一定浓度以上即形成胶束时使用。
表面活束的大小与无机盐和有机添加剂有关，一般用胶束聚集数来衡量。 胶束聚集数：缔合胶束的表面活性剂分子或离子的数量。
胶束聚集数=胶束量/表面活性剂的分子量
无论是离子型还是非离子型表面活性剂，在水介质中，表面活性剂与溶 剂水之间的不相似性（疏水性）越大，聚集数越大。
这些性质在蓝色区域的浓度范围内存在
转折点即为CMC.
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4.胶束形状和大小
胶束形状从外观上看不到，通过光散射对胶束研究，法相 束腰形式有以下4种。
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表面活性剂溶液体系中通常是几种形状的胶束共存，胶束 主要形状与表面活性剂浓度关系为：
表面活性剂浓度不大
球状（a）
表面活性剂浓度≧10CMC
棒状（b）
1.表面活性剂 2.胶束的形成 3.临界胶束浓度（CMC） 4.胶束浓度 5.胶束作用简介

这些年来，随着纳米技术的发展，人们也将囊泡用作模扳来制备纳米材料。囊泡也可 以为一些化学反应及生物化学反应提供适宜的微环境。另外，囊泡在化妆品工业以及食品 工业也有一定的应用。
a
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增溶作用
表面活性剂在水中形成胶束后，能 使不溶或微溶与水的有机物的溶解度显 著增大，这种作用称为胶束的增溶作用。 增溶作用是由胶束引起的，被增溶物在 胶束中的位置、存在的状态等与被增溶 物的性质以及形成胶束的表面活性剂的 性质有关。胶束与反胶束都有增溶作用。
口服液是以中药汤剂为基础的复方剂型。提取了中药的有效成分后，常加入各种天然表面活性剂(如明胶、 磷脂)或人工合成的表面活性剂(如吐温类、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯酵)，其主要作用是增溶、乳化、助悬，使 口服液澄清、美观、稳定，促进药物有效成分的吸收，提高疗效。中草药有效成分的水溶性一般都很小，常常 无法达到治疗所需要的浓度占液体制剂的稳定性差。加入表面活性剂可增加主药量，提高有效浓度，改善透明 度，增加稳定性，提高中药注射液的质量。在实际中加入吐温-80居多。
a
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反胶束
表面活性剂在非水溶剂（主要是非极性和弱极性溶剂）中浓度超过临 界胶束浓度时形成的聚集体称为反胶束。
表面活性剂极性基相互作用形成反胶束的内核，非极性基留在溶剂中。 由于可溶于非极性溶剂的表面活性剂都有大的疏水基，而极性基较小，故反 胶束的聚集数多在几个到几十个之间，比在水中的胶束的聚集数小得多。
a
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临界胶束浓度
当表面活性剂溶液的浓度达到一定值后胶束开始形成，浓度越大形成的胶束 越多。胶束开始形成时溶液中表面活性剂的浓度称为临界胶束浓度（critical micelle concentration）,记作CMC。临界胶束浓度是表面活性剂的重要参数之一， 它可以通过理论推算，也可以通过表面张力法、电导法、折光指数法和染料增溶 法等来测定。

7）阴离子表面活性剂是家用洗涤剂、工业 洗涤剂、干洗剂和润湿剂的重要成分。
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3.2.1 阴离子表面活性剂
分类
1、肥皂类
系高级脂肪酸的盐，通式： (RCOOˉ）n M。脂肪酸烃R一 般为11~17个碳 的长链，常见有硬脂酸、油酸、月桂酸。 根据M代表的物质不同，又可分为碱金属皂、碱土金属皂 和有机胺皂。它们均有良好的乳化性能和分散油的能力。 但易被破坏，碱金属皂还可被钙、镁盐破坏，电解质亦可 使之盐析。
胶束聚集数增大
形成新的胶团
临界胶束浓度：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度
0.002%-0.5% (0.0001mol/L-0.02mol/L)
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3.4 临界胶束浓度
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3.4 临界胶束浓度
CMC是表面活性剂表面活性的一种度量。 形成胶束所需要的浓度愈低；
CMC愈小
达到表面饱和吸附的浓度愈低； 使表面张力降到最低值所需浓度愈低；
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阴离子型
RCOONa
R洗SO涤3N、a R去OS污O3性Na
好
ROPO3Na
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3.2.1 阴离子表面活性剂
起作用的部分是阴离子
特性
1）溶解度随温度的变化存在明显的转折点，即 在较低的一段温度范围内溶解度随温度上升非常 缓慢，当温度上升到某一定值时溶解度随温度上 升而迅速增大，这个温度叫做表面活性剂的克拉 夫点（Krafft point)。一般离子型表面活性剂 都有Krafft点。
②如果表面活性剂的疏水基相同，亲水基使cmc增大的顺序是：
离子型
C O O ->S O 3 ->O S O 3 -
非离子型 聚氧乙烯单元数目增大，cmc略有增大。

5.胶束作用简介
（1）乳化作用：将一种液体的细小颗粒分散于另一种不相 溶的体系中。
（2）泡沫作用：泡沫试剂上是气体分散与液体分散体系。 地表面张力和高强度表面膜是形成泡沫的基本条件。
（3）分散作用：表面活性剂的加入使固液界面形成吸附层， 降低界面自由能，改变固体离子表面性质，使之容易分散。
（4）增溶作用：水溶液中表面活性剂的存在使不溶或微溶 于水的有机化合物溶解度显著增加。（浓度超过CMC）
2.胶束的形成
表面活性剂分子的亲油基团之间因疏水性存在显著吸引作 用，易于相互靠拢、缔合，逃离水的包围。（如图），当 表面活性剂在溶液表面的吸附达到饱和后，它们便组成稳 定胶束。
胶束的形成实际上是表面活性剂分子为了缓和水和疏水基之间的排斥 力而采取的一种稳定化方式，根本原因在于活性剂性分子的双亲结构。
（a）离子型
（b）非离子型
胶束的结构要由内核和外壳两部分组成，对于离子型表面 活性剂，外壳外侧有扩散双电层，（图b）非离子胶束没 有。
在表面活性剂的溶液中，胶束与离子或分子处于平衡态， 充当仓库的作用，在其被消耗时释放出单个分子或离子。 另一方面，胶束自身能产生乳化、分散及增溶等作用因此 表面活性剂一般在一定浓度以上即形成胶束时使用。
a离子型b非离子型胶束的结构要由内核和外壳两部分组成对于离子型表面活性剂外壳外侧有扩散双电层图b非离子胶束没在表面活性剂的溶液中胶束与离子或分子处于平衡态充当仓库的作用在其被消耗时释放出单个分子或离子
1.表面活性剂 2.胶束的形成 3.临界胶束浓度（CMC） 4.胶束浓度 5.胶束作用简介
1.表面活性剂
凡加入少量而能显著降低液体表面张力的物质，统称为表 面活性剂。它们的表面活性是对某特定的液体而言的，在 通常情况下则指水。 表面活性剂一端是非极性的碳氢链 （烃基），与水的亲和力极小，常称疏水基；另一端则是 极性基团（如—OH、—COOH、—NH₂、—SO₃H等），与 水有很大的亲和力，故称亲水基，总称“双亲分子”（亲 油亲水分子）。