[论文解读] A Novel Algorithm for the Estimation of the Surfactant Surface Excess at Emulsion Interfaces

Germán Urbina-Villalba, Sabrina Di Scipio+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2014

Surfactants and Colloidal Systems参考文献 38被引用 3

一句话总结

本文提出了一种新颖的算法，通过将实验测得的界面张力和ζ电位数据与理论模型相协调，以估算乳液界面的表面活性剂表面过剩，揭示了宏观吸附等温线与纳米乳液液滴上实际表面活性剂群体之间的显著差异。该方法可准确计算不同盐浓度下十六烷/水纳米乳液中的相互作用势能。

ABSTRACT

When the theoretical values of the interfacial tension -resulting from the homogeneous distribution of ionic surfactant molecules amongst the interface of emulsion drops- are plotted against the total surfactant concentration, they produce a curve comparable to the Gibbs adsorption isotherm. However, the actual isotherm takes into account the solubility of the surfactant in the aqueous bulk phase. Hence, assuming that the total surfactant population is only distributed among the available oil/water interfaces, one can calculate what surface concentration is necessary to reproduce the experimental values of the interfacial tension. A similar procedure can be followed using the zeta potential of the drops as a standard for a given set of salt and surfactant concentrations. We applied these procedures to the case of hexadecane/water nanoemulsions at different salt concentrations. This information was used to compute typical interaction potentials between non-deformable nanoemulsion drops. The results indicate that there are significant differences between the surfactant population expected from macroscopic adsorption isotherms, and the actual surfactant popula- tion adsorbed to the surface of nanoemulsion drops.

研究动机与目标

• 解决理论表面活性剂吸附等温线与纳米乳液界面实际表面活性剂群体之间的差异问题。
• 开发一种计算方法，利用实验测得的界面张力和ζ电位测量值，更准确地估算表面过剩。
• 量化盐浓度如何影响十六烷/水纳米乳液中表面活性剂的分布和界面行为。
• 实现对非形变纳米乳液体系中粒子间相互作用势能的可靠预测。

提出的方法

• 该算法利用实验测得的界面张力值与总表面活性剂浓度的关系曲线，推断出能够重现观测张力的所需表面过剩。
• 通过假设仅界面处的表面活性剂对张力降低有贡献，考虑了表面活性剂在水相中的溶解度。
• 在固定盐浓度和表面活性剂浓度下，利用ζ电位测量值作为表面过剩估算的第二个验证标准。
• 采用修改形式的吉布斯吸附方程，从界面张力数据推导表面过剩。
• 将推导出的表面过剩值用于计算非形变纳米乳液液滴之间的有效相互作用势能。
• 该方法在十六烷/水纳米乳液中多个盐浓度下得到验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 纳米乳液液滴上的实际表面活性剂表面过剩与基于宏观吸附等温线的预测值有何不同？
• RQ2 在盐浓度和表面活性剂浓度变化时，界面张力和ζ电位测量值的共变关系如何？
• RQ3 ζ电位数据能否可靠地用作估算乳液中表面过剩的第二标准？
• RQ4 盐浓度如何调节纳米乳液中表面活性剂的分布和界面行为？
• RQ5 表面过剩偏差对纳米乳液中粒子间相互作用建模有何影响？

主要发现

• 该算法成功地将实验测得的界面张力和ζ电位数据与理论表面过剩估算相协调。
• 发现宏观吸附等温线与实际吸附于纳米乳液界面的表面活性剂群体之间存在显著偏差。
• 通过界面张力和ζ电位推导出的表面过剩值在不同盐浓度下表现出一致的吻合。
• 计算得到的非形变纳米乳液液滴之间的相互作用势能对校正后的表面过剩值敏感。
• 该方法揭示，忽略表面活性剂在本体相中的溶解度会导致对界面处表面活性剂水平的系统性低估。
• 结果表明，必须利用实验测得的界面性质来优化纳米乳液体系中的表面过剩估算。