安东帕_动态光散射分析胶束：把粘度带入方程.docx

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1、动态光散射分析胶束：把粘度带入方程关键词：1iteSiZerTM500,1ovis2000ME,化妆品，表面活性剂，胶束，颗粒度，动态粘度1介绍胶束是表面活性剂带有表面活性和两性性质的球形团聚体。如果表面活性剂浓度低于临界胶束浓度(CMC),表面活性剂分子在溶液中自由运动并定位于表面。如果表面活性剂浓度达到CMC,表面活性剂自发在溶液中形成胶束。当表面活性剂浓度增加，胶束数量也随之增加1。在水溶液中，典型的胶束亲水头在外面、亲油的尾巴在内侧(图1)。胶束的性质受PH值、温度和溶液离子强度影响2。图1表面活性剂(A)和球形胶束(B,横截面)示意结构表面活性剂由它们的头部官能团分类：非离子表面活性

2、剂头部官能团是不带电荷的离子表面活性剂由它们的净负电还是正电荷分类：阳离子表面活性剂：胺类或季胺阳离子阴离子表面活性剂：阴离子官能团例如硫酸盐、磺酸盐、竣酸盐或者磷酸盐两性表面活性剂，带有两种相反电荷官能团，阳离子和阴离子椰油酰两性基乙酸钠是一种由不同链长椰子油脂肪酸提取的温和两性表面活性剂。它频繁用于皮肤和头发护理产品可以护理并清洁4。而且，当被用作一种共表面活性剂可以增加化妆品配方的泡沫能力。不像其它广泛用于化妆品的表面活性剂例如十二烷基硫酸钠,椰油酰两性基乙酸钠清洁功能相对弱，因此对皮肤温和无刺激。在现在这篇应用报告中，1itesizerTM500通过动态光散射（D1S）研究PH值、表面

3、活性剂浓度和离子强度对胶束颗粒度的影响。一种椰油酰两性基乙酸钠基商业胶束溶液用于这个研究。因为粘度是StokeS-EinStein方程的一部分（见图2）,为了准确计算颗粒度了解溶液粘度是基本的。DTrans1ationa1diffusioncoefficientm2skBo1tzmannconstantm2kgKs2T.TemperatureKViscosityPa.s图2Stokes-Einstein方程为了这个目的，我们用测试胶束溶液动态粘度，完美适用于稀释溶液粘度测试的滚球1ovis2000ME粘度计结合D1S仪器。1ovis2000ME测试一个球在样品填充毛细管的运行时间。样品密度值被

4、用来计算1oViS2000ME测试运行时间的动态粘度。为了一次测试确定两个参数，1OViS2000ME与DMA5000M密度计联用。这种设计使我们能够比较样品稀释（水）粘度和1ovis2000ME得到的动态粘度计算的颗粒度数值。2实验设计2.1 样品制备由当地药店采购包含椰油酰两性基乙酸钠的商业胶束溶液。为研究离子强度效应，溶液用不同浓度NaCI（10,30,50,150,300或60OmM）以1:1稀释。为研究PH值的影响，溶液用过滤去离子水以1:1稀释。PH值接下来用IMHCI或IMNaoH溶液调节。为研究表面活性剂浓度和粘度的影响，胶束溶液用原液、或者过滤去离子水稀释到1:2,1:10和

5、1:100o2.2 粘度测试四个样品（原液，1:2,1:10和1:100）动态和运动粘度由DMA5000M密度计搭配1ovis2000ME测试。每个稀释样品测试三次。1oViS2000ME方法设置如表1。表11oViS2000ME粘度计设置1ovis2000METemperature25Ang1e50oMeasuringmodeRepeatedmodeMeasurementcyc1esn=3Maximuma11owedVariationCoefficient%0.1DMA5000M在25热平衡进行三次测试。2.3 动态光散射测试1iteSiZerTM500颗粒度分析仪被用于所有的动态光散射（D

6、1S）测试。系列测试在25用可抛弃型样品池进行。测试角度、运行次数、聚焦位置和光强度过滤由仪器自动设置。每个样品在测试前进行温度平衡以避免温度梯度。3结果与讨论3.1 粘度测试结果测试的密度和动态粘度值如表2所示。正如预期，胶束溶液密度和粘度当样品用去离子水稀释时减小。为了验证1ovis2000ME的测试质量，变异系数和前向/背向误差如表3所示。表2：一个胶束溶液稀释的四个样品在25的密度和粘度值（三次测试的平均值土标准误差）Samp1eDi1ution(inH2O)Densitygcm3DynamicviscositymPa.sUndi1uted1.012390.000011.2400.00

7、11:21.004690.000011.0840.0031:100.999340.000010.9540.0011:1000.997290.000010.9050.001表3：一种胶束溶液的四个稀释液变异系数和前向/背向误差Samp1edi1ution(inH20)VariationCoefficient%Forward/BackwardDeviation%Undi1uted0.010.051:20.010.071:100.020.051:1000.020.06#变异系数提供样品在1ovis2000ME测试循环运行时间的偏差%*前向/背向偏差描述1ovis2000ME在前向和背向运行时间的偏差

8、%3.2 胶束颗粒度的离子强度效应改变溶液离子强度仅对胶束颗粒度有温和的影响，如图3所示。虽然离子强度被显著加乘到60倍，样品的平均粒径仍然限制在10%以内。这样有限的效应一种可能的解释是研究的胶束是两性的，意味着同时带有负电荷正电功能团导致中性。因此这些胶束不是离子效应稳定的，所以增加溶液离子强度不会对粒径有影响。241716111103050150300600NaCIconcentrationmM图3不同离子强度的平均胶束粒径。色果由六次连续测试平均值土标准误差表zjsO3.3 PH值对胶束颗粒度的影响与离子强度相比，pH值对胶束形成和粒径有很大的影响，如图4和图5所示。通过IMHCI减小

9、原始溶液的PH值从4.7到1.74,胶束改变它的结构粒度增加，从20nm到90nm。这可能由于质子加入胶束，表面活性剂分子不再是离子。这个结果是胶束装配的破坏，导致颗粒团聚。而且，最初的胶束粒度单模分布（图5,最上面图）在酸化过程中消失，pH=2.6的粒度分布（图5,中间图）显示至少三个离散峰。图4随PH变化的胶束粒度（光强分布主峰）变化。X轴表示按时间顺序的PH值。结果用六次连续测试的平均值土标准偏差表示。120100806040200SizedistributionWeightingmode1IntensityParameterRe1.frequencySizedistributionWe

10、ightingmode1SizedistributionWeightingmode1ParameterIntensityRe1.frequencyParameterIntensityRe1.frequency图5胶束溶液在pH4.7（最上图），pH2.6（中间图）或pH17（最下图）的颗粒度分布。一张图代表6次运行。这种现象证明是可逆的，因为当溶液PH值被重新调节到4.6时胶束粒度被还原到20nmo这表明表面活性剂分子被重新去质子化,胶束重新装配到原始结构。3.4 粘度和表面活性剂浓度对D1S反馈的技术粒度值影响我们通过系列胶束稀释悬浮液研究表面活性剂浓度的影响。D1S测试在原液、1:2、1:

11、10和1:100稀释液进行。因为稀释可能对悬浮液粘度有较大影响，我们用1ovis2000ME测试了每个样品的动态粘度（见3.1部分）。表4和图6表示不同稀释液用水的粘度（未校正数据设置）或测试粘度值（粘度校正数据设置）计算的平均粒径。在这篇研究所有测试的物理参数中，表面活性剂浓度对胶束颗粒度有最大的影响。事实上，颗粒度从原液的10nm增加到1:100稀释液的100nm左右。是否这是由于单体胶束对应系统水合作用增加还是胶束团聚成超结构仍然需要确定。表4：用水粘度值（未校正）或1OViS2000ME反馈的动态粘度值（校正粘度）计算的颗粒度（光强分布）Samp1edi1ution(inH2O)Unc

12、orrectedPartic1eSize#nm(Rei.SDin%)Viscosity-correctedPartic1eSize#nm(Rei.SDin%)CorrectionrateUndi1uted14.660.46(3.14%)10.380.24(2.31%)-41%1:220.320.33(1.55%)16.470.26(1.55%)-23%1:1037.980.57(1.51%)35.770.87(2.44%)-6%1:100120.816.8(13.89%)107.810.7(9.88%)-11%#结果以五次连续测试平均值标准偏差表示。相对标准偏差由括号内数据提供。:当样品的动态

13、粘度被带入公式，对应计算颗粒度的相对变化。校正率=（1-（未校正粘度/校正粘度）*100最重要的是，这些带入公式比溶液粘度更大的粘度数值确保颗粒度测试结果的准确性。事实上，对于未稀释的原液，用样品测试粘度计算的颗粒度比用水粘度计算的数值小41%（见表4第四行）当用真实样品粘度计算的颗粒度作为数学意义上的准确值，我们因此能够总结未校正的颗粒度数值有一个41%的误差。由于D1S测试较小的标准偏差，这在统计学上证明是较大的误差（P0.00011,见图6未稀释数据）。当样品稀释到1:100,胶束颗粒度值超过100nmo但D1S系列测试反馈更大的标准偏差（见表4最后一行），可能指向溶液中胶束的不稳定性。

14、因此，虽然带入样品粘度仍然导致11%颗粒度误差值，但统计学上误差证明不再大。4结论动态粘度是D1S测试颗粒度计算整体的一部分。没有粘度计的操作者处理一个未知动态粘度样品面临两种选择：一是测试高浓度样品，用样品分散液动态粘度计算颗粒度，结果的准确性会受负面影响。另一个是做D1S系列稀释样品测试，直到反馈的数值（用溶液粘度计算）在至少两个稀释样品稳定。这表明达到样品和溶液粘度差异可以忽略不计的点，它不再影响颗粒度数值。然而后面的方法适用于稀释时仍然稳定的颗粒，对于粒度和性质取决于浓度的颗粒不适合，而颗粒之间或颗粒与溶液相互作用也不适合。在这种情况下，减少颗粒浓度改变性质每次稀释变为不同的样品。存在

15、于形成球形结构自组装表面活性剂分子的胶束，就是这种样品的一个范例。这里我们证明1itesizer500用D1S测试的胶束颗粒度，在溶液离子强度和PH值的方程中变化，但观察到样品胶束颗粒度最大的变化是样品被稀释时。事实上，我们观察到原液用去离子水稀释到1:100,颗粒度增加10倍。因此，获得我们这种胶束准确颗粒度唯一的选择是结合D1S和动态粘度测试。这由1ovis2000ME粘度计联合DMAM密度计进行。我们接着比较原液和不同稀释液用水粘度或测试样品粘度计算的颗粒度值。我们的数据证明，未稀释或弱稀释样品当用水粘度而不是样品粘度计算的颗粒度值是过度估计的。由于1iteSiZerTM测试的高度重复性,这种差异持续而且仍然很大当样品稀释到1:10。当样品用去离子水稀释到1:100时，未校正和粘度校正颗粒度值仍然相似(即不是统计上不同)。