十六烷/水乳液内界面分子吸附动力学过程的非线性光学研究

The interfaces between the micro-nano sized spherical droplets and the continuous phase in the emulsions/microemulsions commonly exist in natural environment and industry processes. The properties of the emulsions are normally greatly influenced by the structure and transportation of molecules and ions on this type of interfaces. However, due to the lack of the molecular level information from experimental measurement, the understanding on the adsorption and transportation of molecules on these interfaces is now limited and warrant further studies. Based on my previous studies on the interfaces in colloids system with nonlinear spectroscopic technique, in this research, the adsorption dynamics of molecules/ions with different charges on the interface of micro droplet in oil-in-water (hexadecane/water) emulsion are to be studied with surface specific Second Harmonic Generation technique. Combined with the study on the adsorption dynamic processes of these molecules/ions on the water-hexadecane interface (macro scale plane interface), we plan to compare the similarity and difference of the adsorption processes on these interfaces with different geometric structure and analyze the reason of these similarities/differences based on the interactions between molecules/ions. This research is expected to provide molecular level information on the liquid-liquid interface in emulsion.

乳液/微乳液中微纳米尺寸球形液滴与连续相之间的界面在自然界和工业过程中普遍存在。该类界面的分子结构和传输等过程对乳液的特性具有极大的影响。同时，由于对这些界面的分子层次探测的实验数据的缺乏，目前对此类界面上的分子吸附和传输等动力学过程的认识还有待进一步的拓展。本研究拟结合申请人前期应用非线性光谱学技术进行胶体界面研究工作的基础，使用具有界面选择性的二次谐波技术，对十六烷-水混合体系中的水包油微乳液滴界面上一系列具有不同电荷特征的分子和离子的吸附行为进行探测。结合对这些分子和离子在水/十六烷界面（平面）的吸附动力学特征的测量和分析，总结它们在两种具有不同几何结构的液-液界面上吸附行为的规律及其异同，并从分子/离子相互作用的角度分析其存在的根本原因。本研究可加深对乳液中液-液界面的分子层次的认识。

水油界面，特别是水油乳液中液滴表面的物理、化学过程在石化、医药、食品、卫生等行业的工业生产过程中广泛存在。因此，对水油界面的分子吸附、分子结构和分子相互作用进行研究具有重要的意义并已经受到较多的关注。本项目使用二次谐波(SHG)技术和布儒斯特角成像等手段对液体界面带电染料分子相互作用进行探测，对界面SHG信号的来源与界面分子的吸附、聚集行为之间的联系进行了分析，得到了界面单个分子与分子聚集体对SHG信号的不同贡献。另外，采用SHG技术对水油界面分子在全内反射和非全内反射构型下进行了取向分析和偏振分析，证实了全内反射构型下界面分子取向探测的可行性和准确性。在此基础上，通过研究得到了简单离子如氢离子、氢氧根离子，离子型表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、油酸、油胺，染料分子MG、D289、AZO等具有不同电荷特征的分子和离子在具有一定宏观尺寸的液-液界面，以及在微纳米尺寸的球形微乳液滴界面的吸附动力学特征。通过此研究理解了一些水油界面研究中关注的重要问题，包括氢氧根离子在水油界面的自发吸附，长链分子在水油界面吸附过程中表现出的强烈烷基链相互作用（疏水相互作用）。得到了氢氧根离子，SDS、CTAB、油酸、油胺等在水油界面的吸附自由能。本研究发现在具有不同尺寸的水油界面上，分子/离子的吸附行为基本类似，其随着体系离子强度变化的规律也保持不变。此结论在吸附物质的电荷特征和分子构型发生不同变化时也保持不变。以上结论说明，在水油界面的吸附动力学过程中，界面两侧物质的化学成分是吸附动力学行为的决定性因素，界面的尺寸和平整度则不会发挥重要影响。总体而言，本项目对这两种不同环境的下分子/离子间的相互作用进行了分析和对比，得到了对乳液体系内界面动力学过程的深入认识。