使用动态光散射法进行表面活性剂胶束表征
简介
表面活性剂是一类具有表面活性特性的分子。 该行为是由于其带有双亲性的结构，即同时带有极性/亲水端和非极性/疏水端 [1]。
一般根据端基类型对表面活性剂进行分类 [2]：
• 离子（阴离子和阳离子）
• 非离子
• 双亲性表面活性剂（两性离子）
离子表面活性剂被吸收至表面，生成电荷。 阳离子表面活性剂将导致表面带正电荷，阴离子表面活性剂将导致表面带负电荷。
非离子表面活性剂分子在水介质中不带电荷，但是一般含有高度极性的组分，如聚氧乙烯基团。 两性表面活性剂根据溶液的pH，可带负电荷或正电荷。
在低浓度下，表面活性剂分子是非缔合的单体。 随着表面活性剂浓度的提高，分子之间的吸引力和排斥力会形成自组装现象，从而导致单层膜结构或胶束形成（图1）。 形成胶束的浓度被称为“临界胶束浓度”（CMC）。 胶束的特性可通过表面活性剂分子化学结构的细微变化或通过改变分散相的条件进行控制。 众所周知，pH、离子强度和温度的变化可影响表面活性剂胶束的粒度和形状。 在某些情况下，胶束的粒度可能受到表面活性剂浓度的影响。
图 1: 表面活性剂可以不同的相位存在，具体取决于样品的浓度
科研人员采用了各种技术来研究表面活性剂胶束 [3-5]。 本应用笔记探讨了光散射技术在表面活性剂表征的各个方面的应用。
动态光散射（DLS）是用于样品，特别是亚微米级样品粒度检测的技术。 该技术检测进行随机布朗运动的颗粒发出的散射光强度随着时间推移发生的波动。 分析这些强度波动可得到扩散系数，从而可通过Strokes-Einstein等式得到粒度。传统DLS仪器采用90º探测角。该光学配置的敏感度可能不足以保证成功测量表面活性剂胶束。
Zetasizer Nano仪器系列采用非侵入式背侧散射（NIBS）光学元件 [6-8]， 以173°探测散射光。该新颖的光学设计可最大程度地实现散射光探测，同时保持信号质量。 这提供了在低浓度下测量纳米颗粒粒度（如表面活性剂胶束）所需的高敏感性。
实验
本应用报告的所有测量结果均采用Zetasizer Nano S在25ºC下完成。 Nano S带有一个在633nm波长下操作的4mW氦-氖激光器和一个雪崩光电二极管（APD）检测仪。
结果
表面活性剂胶束的粒度表征
在Zetasizer Nano S上进行各种表面活性剂胶束的粒度测量。 表1总结了每个样品的Z平均直径（单位：纳米）和多分散指数值。 制备的胶束浓度是表面活性剂临界胶束浓度的两倍。 Z平均直径是指平均流体动力学直径，多分散指数是指分布宽度的估计值。 这些参数均根据国际标准ISO 13321，采用动态光散射技术计算 [9]。
表 1: 使用Zetasizer Nano S测量的各种表面活性剂胶束的Z平均直径（单位：纳米）和多分散指数值。 测量样品的浓度是表面活性剂临界胶束浓度的两倍。表面活性剂临界胶束浓度（mM） z平均直径（nm） 多分散指数
Zetasizer Nano 系列采用的NIBS光学元件的敏感性可确保快速确定表面活性剂胶束，无需使用大功率激光器。
