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TD-NMR可用于評估表面活性劑溶液中的相變

來源:布魯克磁共振事業(yè)部   2022年07月25日 09:32  

 總的來說,NMR數(shù)據(jù)與各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的屈服應(yīng)力轉(zhuǎn)變、以及DLS和微觀觀察結(jié)果一致。

 

表面活性劑是兩親性分子,兼具親水部分和疏水部分。它們被用來降低液體的表面張力。表面活性劑具有各種廣泛用途,包括洗滌劑、便簽、泡沫和強(qiáng)化采油技術(shù)。由于表面活性劑是一組具有多種不同結(jié)構(gòu)的不同試劑,因此可以滿足各種應(yīng)用中差異極大的要求。

 

在為特定功能選擇合適的表面活性劑時(shí),溶解度是一個(gè)重要的考慮因素。此外,可能還會受到溫度、pH值、濃度和存在的物種的影響。表面活性劑在加入助溶劑之前通常是不溶的。通過添加聚合物(如添加碳酸鈉)或增加pH值,可以抵消表面活性劑的電荷。

 

當(dāng)表面活性劑的濃度超過一定值,即臨界膠束濃度(CMC)時(shí),表面活性劑趨向于聚集成膠束。實(shí)際CMC取決于表面活性劑的結(jié)構(gòu)及其離子強(qiáng)度。通過添加聚合物或通過鹽或醇的污染,可以對其進(jìn)行改性。

 

隨著表面活性劑濃度增長到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出CMC,膠束的數(shù)量不斷增加,而現(xiàn)有膠束并未變得更大。濃度的進(jìn)一步增加導(dǎo)致膠束的聚集。研究人員采用各種技術(shù)來查明發(fā)生這些轉(zhuǎn)變處的表面活性劑分子濃度。核磁共振波譜儀優(yōu)于其它技術(shù),因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)區(qū)分所存在的不同物種,并測量各個(gè)物種的數(shù)量。

 

NMR已被成功用于檢測低濃度表面活性劑溶液中的CMC。最近的研究表明,這項(xiàng)技術(shù)可以擴(kuò)展到高濃度,從而檢測出CMC以外的相變。

 

研究人員選用具備溫度控制和梯度場功能的Bruker Minispec mq20波譜儀,在較大的表面活性劑濃度范圍內(nèi),通過時(shí)域核磁共振(TD-NMR)波譜對表面活性劑的相特性進(jìn)行了研究。

 

研究人員成功檢測出了在較高濃度下的CMC和二次相變。在CMC兩側(cè)都觀察到了線性關(guān)系,當(dāng)初級相變發(fā)生時(shí)斜率出現(xiàn)明顯變化。在較高的表面活性劑濃度下,高達(dá)CMC90倍,NMR信號的變化有效地指示出涉及膠束形狀或其它結(jié)構(gòu)構(gòu)型改變的二次相變。

 

動態(tài)光散射(DLS)和交叉偏光顯微鏡證實(shí)了NMR波譜顯示的相變。在大多數(shù)情況下,用這些分析技術(shù)得到的結(jié)果,與表面活性劑溶液中的可見差異以及NMR波譜中檢測出的變化相符。

 

這些新發(fā)現(xiàn)表明,TD-NMR可用于檢測二次相變。NMR數(shù)據(jù)可預(yù)測表面活性劑溶液的相變,這種變化得到粘度差異的支持。

 

參考文獻(xiàn):

· Reilly T等;通過NMR確定兩親性二階相變Journal of Molecular Liquids 2018;268:647–657

 

  

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