囊泡形成和破坏的动力学

2007年第65卷化学学报wol65,2007第20期,2279~228ACTA CHIMICA SINICANo.20,2279~2284·研究论文·囊泡形成和破坏的动力学周文婷徐晓明蓝琴韩国彬*(固体表面物理化学国家重点实验室厦门大学化学化工学院化学系厦门361005)摘要利用停流装置研究了十二烷基硫酸钠(SDS和十二烷基三甲基溴化铵①DTAB)复配形成囊泡的过程和囊泡破坏过程的动力学性质,并结合动态光散射技术和电子透射显微镜探索囊泡形成和羹泡破坏过程的机理动态光散射和电子透射显微镜的研究结果表明囊泡的形成过程主要包括四个阶段:混合胶团→柔性的长棒状聚集体→“非平衡襄泡”平衡囊泡,而与其对应的粒度分散度则呈现“单分散性→多分散性”的周期性变化规律.此外,动力学结果表明泡形成过程很长,但其活化能不大,这意味着囊泡形成过程的控制步骤可能不是活化能控制.而相对于囊泡的形成,囊泡的破坏过程是十分迅速的关键词囊泡;表面活性剂;停流法;临界堆积常数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囊泡是由两层双亲分子定向单层尾对尾地结合成成的囊泡有其独特的性质,例如可通过合成不同类型的封闭单分子双层所构成的外壳,和壳内包藏的微水相构表面活性剂来形成所需要的各种囊泡,也可通过调节阴成,它可分为两种类型:由天然的或合成的磷脂所组阳离子表面活性剂的比例来控制泡表面的电荷,以适成的囊泡(脂质体)和由双亲分子自组装形成的囊泡.到应不同的囊泡研究的要求,并可用聚合物包裹的方法来目前为止,有关囊泡的大多数研究都局限于脂质体,且进一步提高它的稳定性等.目前大多数有关表面活性剂研究的历史较为悠久.相比之下,对双亲分子自组装形囊泡中国煤化工面活性剂复配的体成的囊泡性质的研究历史较短.由于双亲分子自组装形系CNMH是出的“聚集体临界E-mail: hange xmucdu.cnReceived August 31, 2006: revised May 9. 2007; accepted July 2, 2007夏门大学科技创新重点项目(No. XMKJCX20052001)资助项目2280化学学报vl.65,2007堆积常数(P)公式”和透射电镜来研究囊泡体系的性质对于这个破坏过程的速率可以写成如下表达式n而对于囊泡形成动力学以及囊泡形成的机理还研究很少rate-d[micelle] vesicleks[A][vesicle]" (1)本文是利用停流装置研究十二烷基硫酸钠(SDS)+十二烷基三甲基溴化铵DTAB)二组分复配形成囊泡的其中 vesicle,[A]和 micelle]别为囊泡、表面活性剂以过程和囊泡破坏过程的动力学性质,并结合动态光散射及混合胶束的浓度;k为速率常数.显然这是一个多级技术和电子透射显微镜探索囊泡的形成和囊泡破坏过反应,而且由于囊泡体系并不是一个单一分散的体系,程的机理因此测得的破坏速率可能是不同粒径破坏速率的平均值.[ vesicle]和A]这两个参量中,只有 vesicle即囊泡浓1理论部分度的变化才会引起体系浊度的改变.根据目前的研究结果囊泡破坏的停流曲线是呈现出单指数衰减的形1.1囊泡的临界堆积常数(月式,因此可以按照准一级反应来处理,用表观速率常数根据 sraelachvili理论,双亲分子是否能自发地形kp来作为反应的速率常数成囊泡是与其临界堆积常数P有关:P=Wa),式中v按一级反应进行数据处理时根据公式9是分子的体积,l是表面活性剂尾链(碳氢链)的长度,a是表面活性剂分子的有效头基面积,公式中的ad表示To-to个圆柱体的体积(即分子的头尾面积相等)当双亲分式中,r表示平衡时的浊度,x为体系在起始和r时刻子的临界堆积常数:0.5