（分析化学专业论文）微乳毛细管电动色谱微乳微结构的研究.pdf

摘要 摘要 微乳毛细管电动色谱( m e e k c ) 是在胶束毛细管电动色谱( m e k c ) 的基础上发展起来的 一项电泳新技术，通常以水包油( o w ) 型微乳液作为分离介质，根据溶质在微乳液滴及 水相间分配系数以及电泳淌度的差异来进行分离。微乳液滴的大小和表面电荷密度等微 结构参数对微乳毛细管电动色谱的分离有极其重要的影响。本文主要分为四个部分： 第一部分：介绍了m e e k c 法的基本原理及影响其分离的因素。m e e k c 应用范围广 泛，已经被逐渐应用到药物、天然产物、生物分子和环境等领域。介绍了微乳微结构的 研究现状，最后总结概括了微乳微结构的测定方法。 第二部分：建立一种测定m e e k c 微乳体系微乳粒径的电化学方法。以二茂铁作为 电化学探针，采用循环伏安法测定了微乳毛细管电动色谱中常用o w 型微乳体系十二烷 基硫酸钠正丁醇正辛烷在不同配比下的扩散系数，并通过扩散系数推算微乳粒径。研 究表明，随着表面活性剂十二烷基硫酸钠和助表面活性剂正丁醇浓度的增加，粒径均呈 减小的趋势。事实上，正丁醇浓度的增加会增大微乳液滴粒径，造成错误结果的原因是： 当助表面活性剂正丁醇的量增大时，二茂铁同时存在于微乳液滴的内相和外相，二茂铁 的扩散速度不能代表微乳粒子的扩散速度，粒径测定会产生极大误差。循环伏安法设备 简单，测定速度快，在油表面活性剂缓冲溶液，或加入少量助表面活性剂的微乳体系， 电活性物质几乎全部溶解于微乳液滴的油相中，微乳粒径测定准确度较高，该方法是可 行的。但在m e e k c 微乳体系中，除了加入大量的正丁醇，还常常加入乙腈、甲醇等有 机改性剂改善m e e k c 的分离，此电化学方法不适用于m e e k c 微乳体系微乳液滴粒径的 测定。 第三部分：研究了微乳液组成对微乳粒径和表面电荷密度等微乳微结构的影响，并 探讨了微乳微结构与m e e k c 的关系。采用激光光散射法测定了微乳体系的平均粒径， 测定z e t a 电势用来表征微乳液滴的表面电荷密度。同时分别以菲和甲醇表征微乳液滴迁 移时间和电渗流时间，测定了微乳体系的m e e k c 分离窗口。研究表明，随着表面活性 剂浓度增加，z e t a 电位基本不变，微乳液滴粒径减小，微乳液滴的迁移时间增加。相反， 正丁醇浓度的增加使微乳液滴粒径增大，z e t a 电势减小，微乳液滴迁移时间缩短。有机 添加物的加入基本不改变微乳液滴粒径大小，但却使z e t a 电势减小，微乳液滴的迁移时 间增加。低浓度下油相对粒径和表面电荷密度的影响不大。因此，表面活性剂和有机添 加剂均能够扩大时间窗口，增加分离度和峰容量，但以延长分析时间为代价；虽然助表 面活性剂的增加使时间窗口缩小，但微乳液滴结构变得松散，分离效率提高，可以弥补 时间窗口缩小造成的分离度和峰容量的不足，实现快速分析。除了油相，其余微乳组分 都能改变微乳微结构，用于改善m e e k c 的分离度，提高分析速度。 第四部分：对m e e k c 微乳体系与m e k c 正丁醇溶胀胶束体系的微结构进行了对 比，结果表明，在经典的3 3 s d s 浓度下，微乳体系与胶束溶胀体系的粒径、z e r o 电 摘要 位基本一致，微结构基本相同，并以荧光方法测定微乳液滴内核极性，结果两体系的内 核极性也基本相同。分别用微乳体系2 4 s d s 6 6 正丁醇0 5 正辛：j 完1 0 m m o l l 硼酸 硼砂缓冲液以及溶胀胶束体系2 4 s d s 6 6 正丁醇1 0 m m o l l 硼酸一硼砂缓冲液分离泼 尼松，泼尼松龙，氢化可的松三种激素，分离效果基本一致。微乳体系与胶束溶胀体系 微结构的一致导致m e e k c 和m e k c 分离效果的一致，可以推测，胶束溶胀体系将会 在电动色谱分离技术中发挥重要作用。 安法 关键词：微乳毛细管电动色谱，微乳微结构，粒径，z e t a 电位，时间窗1 2 1 ，循环伏 a b s t r a c t a b s t r a c t m i c r o e m u l s i o ne l e c t r o k i n e t i cc a p i l l a r yc h r o m a t o g r a p h y ( m e e k c ) i sa l le l e c t r o d r i v e n s e p a r a t i o nt e c h n i q u e ，d e v e l o p e do nt h eb a s i so fm i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc h r o m a t o g r a p h y ( m e k c ) m i c r o e m u l s i o n ，u s u a l l yo i ld r o p l e t sd i s p e r s e di na l la q u e o u sb u f f e r , w a sa p p l i e da s s e p a r a t i o nm e d i ai nm e e k ct os e p a r a t es o l u t e sb a s e do nb o t ht h e i rh y d r o p h o b i c i t i e sa n d e l e c t r o p h o r e t i cm o b i l i t i e s t h em i c r o e m u l s i o nm i c r o s t r u c t u r ei n c l u d i n gm i c r o d r o p l e ts i z ea n d s u r f a c ec h a r g ed e n s i t yh a dg r e a te f f e c to nm e e k c n et h e s i sm a i n l yi n c l u d e dt h ef o l l o w i n g f o u r p a r t s 1 1 1 1 em e e k cp r i n c i p l e ，t h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sa n dt h ea p p l i c a t i o n si nv a r i o u sf i e l d s ， e s p e c i a l l yi na n a l y s i so fv i t a m i n s ，p h a r m a c e u t i c a l s ，n a t u r a lp r o d u c t sa n de n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s ，w e r es u m m a r i z e d a n da l s o ，t h er e s e a r c h e so nt h em i c r o s t m c t u r eo f m i c r o e m u l s i o mw e r ei n t r o d u c e d f i n a l l y , t h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o d sf o rm i c r o s t r u c t u r ew e r e e n u m e r a t e d 2 a ne l e c t r o c h e m i c a lm e t h o dt od e t e r m i n et h es i z eo fm i c r o d r o p l e ti nm i c r o e m u l s i o n w a se s t a b l i s h e d md i f f u s i o nc o e 伍c i e n t so fm i c r o e m u l s i o nd r o p l e t u s i n gf e r r o c e n ea st h e e l e c t r o c h e m i c a lp r o b ei ns d s n b u t a n o o c t a n eo i l i n w a t e rm i c r o e m u l s i o ns y s t e m w e r e m e a s u r e db yt h ec y c l i cv o l t a m m e t r y , a n dt h ep a r t i c l es i z eo fm i c r o e m u l s i o nd r o p l e tw a s c a l c u l a t e df r o mt h ed i f f u s i o nc o e 伍c i e n t s s i n c et h e c o m p o s i t i o no fm i c r o e m u l s i o ni n m e e k c s i g n i f i c a n t l ya f f e c t st h es e p a r a t i o np e r f o r m a n c e ，t h ee f f e c t so ft h ec o m p o s i t i o no f m i c r o e m u l s i o no nt h ed r o p l e ts i z ew e r ei n v e s t i g a t e d t h ec y c l i cv o l t a m m e t r ye x p e r i m e n t r e s u l t ss h o w e dt h a ti n c r e a s i n ga m o u n to fs u r f a c t a n to rc o s u r f a n c t a n tw o u l dr e s u l ti na d e c r e a s e dd r o p l e ts i z e b u ti nf a c t ，t h ep a r t i c l es i z eo fm i c r o d r o p l e tw o u l di n c r e a s ew i t h i n c r e a s e so fn - b u t a n o lc o n t e n t c y c l i cv o l t a m m e t r yh a da d v a n t a g ei ns i m p l ee q u i p m e n ta n d f a s tm e a s u r es p e e d b u tw i t ht h en b u t a n o lc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s i n g f e r r o c e n ew a se x i s t e di n b o t l lo i lc o r ea n do u t e ro ft h ed r o p l e t ，w h i c hl e a d st ot h ei n a c c u r a t er e s u l t s n l em e t h o dw a s f i tf o rt h em e a s u r e m e n to fm i c r o d r o p l e tp a r t i c l es i z ei no i l s u r f a c t a n t e l e c t r o l y t eb u f f e r , o r s m a l la m o u n to fc o s u r f a c t a n ti n o i l s u r f a c t a n t e l e c t r o l y t eb u f r e rm i c r o e m u l s i o n , b u tn o t s u i t a b l ef o rm i c r o e m u l s i o ns y s t e mi nm e e k co w i n gt oal a r g ea m o u n to fn b u t a n o lo r o r g a n i cs o l v e n t s 3 t h ei n f l u e n c e so ft h ec o m p o s i t i o no fm i c r o e m u l s i o no nt h em i c r o s t r u c t u r e si n c l u d i n g t h ed i m e n s i o na n dz e t ap o t e n t i a lo fm i c r o d r o p l e t sw e r em e a s u r e di nd e t a i l s t h ea v e r a g e d y n a m i cd i m e n s i o no fm i c r o d r o p l e tw a sm e a s u r e db yd l s ，a n d p o t e n t i a lw a sd e t e r m i n e dt o c h a r a c t e r i z es u r f a c ec h a r g ed e n s i t yo fm i c r o d r o p l e t s 1 1 1 ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t i n c r e a s i n ga m o u n to fs u r f a c t a n tr e s u l t e di nad e c r e a s e dm i c r o d r o p l e ts i z eb u ta l m o s ti n v a r i a n t p o t e n t i a l ，w h i c hw o u l de n l a r g em i g r a t i o nt i m e o fm i c r o d r o p l e t w i t l li n c r e m e n to f c o s u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o n ，t l l em i c r o d r o p l e ts i z eh a da ni n c r e a s i n g 仃e n d ，w h e r e a st h e ( p o t e n t i a ld e c r e a s e d t h u s ，o b s e r v e dm i g r a t i o nv e l o c i t yo fm i c r o d r o p l e ti n c r e a s e d ，w h i c hm a d e t h es e p a r a t i o nw i n d o ws h o r t e n e d n e i t h e rd i m e n s i o nn o r ( p o t e n t i a lo fm i c r o d r o p l e th a db e e n c h a n g e db yv a r y i n gb o t ht h et y p ea n dt h ea m o u n to ft h eo i lp h a s e a d d i t i o no fo r g a n i cs o l v e n t a sm o d i f i e rd i dn o tc h a n g et h e m i c r o d r o p l e ts i z e ，b u tl o w e r e d p o t e n t i a l e v e ni f , t h e i i i a b s t r a c t m i g r a t i o nt i m eo fm i c r o d r o p l e ts t i l lb e c a m el a r g e r , s i n c ee o fs l o w e dd o w no w i n gt oo r g a n i c s o l v e n ti nc a p i l l a r y s o ，b e s i d e si n c r e m e n to fs u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o n ，o r g a n i ca d d i t i v ec o u l d a l s oe n l a r g et h es e p a r a t i o nw i n d o w i n c r e a s e so fc o s u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o nw e r eb e n e f i tf o r s e p a r a t i o ne 佑c i e n c yt h a n k st ot h el o o s e rs t r u c t u r eo fs w o l l e nm i c r o d r o p l e t , a n dt h ep e a k s s h a r p e n i n gm i g h tc o m p e n s a t ef o r t h er e s o l u t i o na n dp e a l 【c a p a c i t yo w i n gt o an a r r o w s e p a r a t i o nw i n d o w e x c e p tt h eo i lp h a s e ，t u n i n gt h ec o m p o s i t i o no fm i c r o e m u l s i o nw o u l d c h a n g et h em i c r o s t r u c t u r e ，e v e n t u a l l yc o u l db ee x p l o i t e dt oo p t i m i z et h er e s o l u t i o na n ds a v e a n a l y s i st i m ei nm e e k c 4 t h em i c r o s t r u c t u r e sb e t w e e ns o l v e n tm o d i f i e dm i c e l l ei nm e k ca n dm i c r o e m u l s i o n i i lm e e k ch a v eb e e nc o m p a r e d w h i c hs h o w e dt h a tt h ep a r t i c l es i z ea n dz e t ap o t e n t i a li n b o t hm i c e l l ea n dm i c r o e m u l s i o nw e r eb a s i c a l l yt h es a m ea t3 3 s d sc o n c e n t r a t i o n b e s i d e s 。 t h ep o l a r i t ya tt h ec o r eo fm i c e l l ea n dm i c r o e m u l s i o n ，d e t e r m i n e dw i t hf l u o r e s c e n c e ，w a sa l s o s i m i l a r ms e p a r a t i o no fp r e d n i s o n e ，h y d r o c o r t i s o n ea n dp r e d n i s o l o n ew a sp e r f o r m e d 谢t l l m e e k cu s i n g2 4 s d s 6 6 l - b u t a n o i 0 5 n o c t a n e lo m m o l lb o r a xb u 航r a n dm e k c u s i n g2 4 s d s 6 6 n b u t a n o l 10 m m o l lb o r a xb u f f e r , r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t sd i s p l a y e d t h a te l u t eo r d e r , m i g r a t i o nt i m ea n dr e s o l u t i o no ft h et h r e ea n a l y t e sw e r ea l m o s tt h es a m ew i t h m e k co rm e e k c i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h es i m i l a r l i c r 0 姗t u r ei ns o l v e n tm o d i f i e d m 【e k ca n dm e e k cl e a d st os i m i l a rs e p a r a t i o np e r f o r m a n c e i tc a nb ea s s u m e dt h a tt h e s w o l l e nm i c e l l ea s s e p a r a t i o n c a r r i e rw i l l p l a y a l li m p o r t a n tr o l ei ne l e c t r o k i n e t i c c h r o m a t o g r a p h yt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：m e e k c ，m i c r o s t r u c t u r e ，p a r t i c l es i z e ，z e t ap o t e n t i a l ，t i m ew i n d o w , c y c l i c v o l t a m m e t r y i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签名：垫越日期：型兰：z 22 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁- 盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：导师签名： 日 期： 绪论 第一章绪论 1 1 微乳毛细管电动色谱法简介 微乳毛细管电动色谱( m e e k c ) 是在胶束毛细管电动色谱( m e k c ) 的基础上发展起来 一项电泳新技术，通常以水包油( o w ) 型微乳液作为假固定相，根据溶质在微乳液滴及 水相间分配系数以及电泳淌度的差异来进行分离。 1 1 1 微乳液的性质 微乳液是由表面活性剂、直链烷烃、助表面活性剂和缓冲液所形成的稳定透明液体。 水相和油相间存在着很高的界面张力，两者互不相溶，加入表面活性剂后，由于表面活 性剂有两亲性，亲油端伸入油核的内部，其亲水端在水相当中，降低了油水间的界面张 力，使得微乳液的形成成为可能。助表面活性剂( 例如正丁醇) 的加入进一步降低界面张 力，使界面张力几乎降至零，表面活性剂和助表面活性剂在油滴表面有序排列，使微乳 体系更加稳定。 1 1 2m e e k c 的分离机理 m e e k c 的分离机理与m e k c 相类似【l - 5 】。图1 1 为m e e k c 的分离机理副1 1 。十二 烷基硫酸钠( s d s ) 是m e e k c 中最常用的阴离子型表面活性剂，它分布于微乳液滴表面， 使其带负电荷，在电场力作用下微乳液滴向阳极移动，而毛细管内的缓冲液会产生向阴 极的电渗流( e o f ) ，且电渗流的速度要大于微乳液滴的速度，所以带负电荷的微乳液滴 最终还是以一定的速度从阴极流出。 m e e k c 的时间窗m ( a p 分析窗口) 是指e o f 的时间和微乳液滴流出毛细管的时间区 域，在m e e k c 中，不被微乳液滴保留的溶质随水相以e o f 速度流出，其出峰时间定 义为t o ，通常用甲醇、乙腈等小分子中性物质来表征。而微乳液滴流出时间定义为t s 。， 一般用菲、十二烷基苯等强疏水物质来表征微乳液滴的迁移时间。中性溶质的迁移时间 t r 总是在t o 和t s c 之间。一般定义微乳液滴表观迁移时间t s 。和e o f 时间t o 之差，即t 。- t o 为m e e k c 时间窗口，时间窗口代表了m e e k c 分析的峰容量。m e e k c 分离效率与分 离度也与时间窗口成正相关。 m e e k c 是一种具有更广泛适用性的方法，由于微乳的增溶作用，它对试样的选择 范围更为广泛，也可以用m e e k c 来分离分析一些难溶于水的有机化合物。而分离时间 窗口的扩大，更加适用于多组分复杂体系的分析【6 】。 江南大学硕士学位论文 桃：霉警! 擎：。 岫 。“ 4s d s d “a m 图1 - 1m e e k c 的分离机理【1 i f i gi - 1s c h e m a t i c o f t h es e p a r a t i o n p r i n c i p l e s o f m e e k c 1 2 影响m e e k c 分离的因素 微乳液是一个多组分体系，m e e k c 的影响因素就更多，通过改变微乳液的组成， 可以控制m e e k c 的分离时间，分离度等重要参数1 7 - 9 ) 。例如，表面活性剂的类型和浓 度都会影响到微乳液滴的粒径及表面电荷；助表面活性剂和缓冲液的类型、浓度也会着 影响m e e k c 对分析物的选择性；p h 会影响e o f 的大小、方向等；油相类型和浓度、 温度都会影响分析物的分配系数和选择性。同时，有机改性剂的加入也会极大的影响 m e e k c 分离的选择性等。 1 0 1 表面活性荆 表面活性剂的种类及其浓度对m e e k c 具有重要作用。它对微乳液滴的大小、表面 电荷、电荷相互作用等都有显著影响。一般常用的离子表面活性剂为s d s 、十六烷基三 甲基溴化铵( c t a b ) 、十四烷基三甲基溴化铵( t t a b ) 。近年来，非离子型表面活性剂和 双子表面活性剂也被用到m e e k c 中用于分离荷电物质吼 表面活性剂浓度增加，微乳体系的稳定性增强，分析时间增加。高浓度的表面活性 女浓度能够大幅减小界面张力，产生更多的微乳液滴。s d s 是阴离子型表面活性剂，包 裹在油滴的外面，使微乳液滴带负电荷，m e e k c 中最常用的s d s 浓度为33 州w w ) ， 也有报道s d s 浓度为l2 ( w w ) “。但是s d s 浓度太低会导致微乳液分层，使微乳体 系稳定性变差，影响其在m e e k c 中的使用。 1 2 2 助表面活性荆 助表面活性剂对分离效果有显著的影响。正丁醇是最常用的助表面活性剂。高浓度 的助表面活性剂会减少脂溶性物质的迁移时间，但是不改变分离系数。 g a b e l j e n s e n 等【”j 用正丙醇、乙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯代替正丁醇对助表面活性 剂的影响进行了研究，结果表明表面活性剂对分离的选择性有很大影响。另外，异戊醇、 丙二醇等也可用作辅助表面活性剂。g o n g 等发现异丙醇可以提高分析物的选择性。 绪论 洪利娅【1 3 】等证明采用正丁醇作助表面活性剂对吉他霉素组分的分离效果不够理想，而改 用异丙醇作助表面活性剂时，分离度则得到大大改善。 1 2 3 油相 常用的一些油相有正辛烷、正庚烷、正己烷、乙酸乙酯等，研究表明，油相的种类 对分析物的分离结果的影响不大【8 】。正辛烷、正庚烷、正己烷这3 种正构烷烃中，正庚 烷由于是奇数碳烷烃，毒性较小，而报道称正辛烷的重现性更好【1 4 】。 1 2 4 有机溶剂 m e e k c 中通常加入一定量的有机溶剂来提高脂溶性物质的溶解度，改善峰形，减 小拖尾【1 5 l 。但是过多的有机溶剂会导致微乳液分层，对于不同有机添加剂，其最高使用 浓度不同。甲醇、乙腈、异丙醇是常用的有机添加剂。l i 【1 6 】等人在m e e k c 中加入了1 5 的乙腈来改善天然产物的分离效果。a s a k a w a 1 7 1 等研究表明加入8 的甲醇能够在同样 的选择性下缩短分离的时间。 1 2 5 其他因素 除了上述影响因素以外，微乳毛细管电泳还受多种因素的影响，主要有p h 值的大 小，缓冲溶液的浓度，温度以及电泳的条件等1 8 2 1 1 。 1 3 微乳毛细管电动色谱的应用 由于微乳的增溶作用，它对试样的选择性更为广泛。相比于m e k c ，分离中性分子 的时间窗口扩大了，使m e e k c 更广泛地适用于中性分子的分析和多组分复杂体系的分 析2 2 2 4 】。近几年来，m e e k c 在各个领域的应用又有了长足的进步，尤其是在药物、天 然产物、手性分离、生物分子、环境分析上呈现出强势的发展【2 5 4 1 1 。 1 3 1 药物 罗兴平【2 5 】等建立了微乳液毛细管电动色谱同时分析消炎利胆片中穿心莲内酯和脱 水穿心莲内酯的方法。考察了缓冲溶液的浓度、p h 值、s d s 以及助表面活性剂的含量 对分离测定的影响。在由乙酸乙酯s d s 正丁醇3 0 m m o l l 硼砂缓冲液( p h 9 5 ) ( 质量比为 o 5 ：0 6 ：6 0 ：9 2 9 ) 组成的微乳液体系中，两种内酯6 m i n 内完成分离，获得了满意的结 果。a l t r i a t 2 6 1 等用w o 型微乳液分离了强疏水性药物，取得了很好的效果。 1 3 2 生物分子 谢建平等人鲫首次用m e e k c 分离分析了9 种氨基酸衍生物，检测限可达1 0 西m o l l ， 这为分析氨基酸注射剂等提供了一种有效的分析方法。此外，他们还用动态涂敷毛细管 的方法进一步研究了以上9 种氨基酸衍生物，与没有涂敷的m e e k c 相比，动态涂敷毛 细管法分离时间减短，进一步提高了重现性和灵敏度，这为解决m e e k c 重现性差的问 题提供了一种新方法。 江南大学硕士学位论文 m e e k c 最初的应用集中在中性小分子的分离研究上，很少用于生物大分子的分离 分析，周国华等人【2 8 】首次将m e e k c 应用到蛋白质的分离上，并探索了m e e k c 分离蛋 白质的机理，发现用微乳液作分离介质可以克服毛细管壁对蛋白质的吸附。 1 3 3 环境物质 近年，有报道用m e e k c 分析环境中的污染物。混合表面活性剂体系也被成功应用 于m e e k c 中成功分离多种强憎水性及结构类似的联苯腈化合物口9 1 ，达到了较好的分离 效果，在迁移时间和峰面积的重现性方面令人满意。 1 3 4 天然产物 近年来，用m e e k c 进行天然产物的分离分析日益增多。s u n 等【3 0 l 也用m e e k c 对 大黄中蒽醌类化合物分析，体系中加入2 丁基酒石酸作为油相，并加入3 0 ( v v ) 的乙 腈提高了分离效率，达到了最佳分离。m e e k c 可望在天然产物的分离分析中发挥积极 作用。 1 4 微乳微结构研究现状 微乳液一般是由表面活性剂，助表面活性剂，油相和水自发生成的一种热力学稳定 单一的、透明或半透明的分散体系。对于微乳液微观结构，一般认为是极小的油滴分散 于水相中，称为o w 型微乳液，或极微小的水滴分散于油相中形成w o 微乳液，在两 种微结构之间是“双连续结构”，这种结构水相和油相都是连续的，且相互交错【4 1 , 4 2 1 。 郝京诚【4 3 】在测定微乳液相平衡基础上用冷冻刻蚀、e s r 和f t - i r 方法研究了微乳液 结构，并对w o 和o w 结构微乳液中氢键的缔合强弱和界面的微观粘度进行了阐述。 徐建【4 4 1 研究了辛烷对c t a b 1 丁醇水体系的相态的影响，找出了最大的单项微乳液区， 并利用电导测量、自扩散系数的测量和冷冻透射电子显微镜成像发现随着含水量的增 加，微乳液的微观结构由w o 液滴结构经过双连续结构连续变化为o w 液滴结构。 目前的研究主要集中在普通微乳体系微结构的变化上，而应用于m e e k c 分离的微 乳体系，油、表面活性剂的量都非常低，对于这类微乳体系的微结构的研究还未见报道。 本文首次系统地研究了应用于m e e k c 中的o w 型s d s 微乳体系的微结构，微乳体系 的微结构结构主要包括微乳液滴的表面电荷密度，微乳液滴的大小，微乳液滴内部油核 的极性等。 1 5 微乳微结构的测定方法 要测定微乳的微观结构例如液滴的大小和外形及分布，必须借助于先进的分析技 术，目前用于研究微乳结构和性质的分析手段和技术有很多【4 5 5 5 1 。主要包括：电导法， 稀释法，傅立叶变换红外光谱法，冷冻刻蚀电镜法及小角度核散射法，照片关联能谱法， 动态激光光散射法等。较新的研究方法还有x 射线散射、电子显微镜、正电子湮灭、荧 光探针法、n m r 、e s r 、超声吸附、电子双折射等。 4 绪论 1 5 1 微乳粒子表面电荷密度的测定 微乳液滴的表面电荷密度无法直接测量。本文通过测量微乳粒子的z e t a 电势来表征 微乳液滴表面电荷密度。 带电胶粒表面吸引相邻液相的反离子构成了“扩散双电层”，当在外加电场作用下发 生动电现象时，固相及邻近滑动面内的液体部分与滑动面以外的液相发生相对移动，滑动面 上的电位称为电位或z e t a 电位，胶体表面电位称为热力学电位1 4 2 】。典型的s t e r n 双电层 模型如图1 2 所示。 目前测量z e t a 电位的方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法以及超声波法，其中 以电泳法应用最广。电泳是指胶体分散体系在电场的作用下带电颗粒向带相反电荷的 电极运动的现象。z e t a 电位是通过颖i 量颗粒在某一特定电场中的泳动速度进行的。 基于多普勒电泳光散射原理的z e t a 电位分析仪也是基于电泳法，不同的是它利用多 普勒电泳光散射原理，通过测量光的频率或相位的变化间接测出颗粒的电泳速度。当带电颗 粒在外加电场作用下发生定向移动，当光束照到颗粒七时，就会引起光束频率或相位发生变 化，且颗粒运动速度越快，光的频率和相位变化得也越快。因此可以通过测量光的频率或 相位变化来间接测出颗粒的电泳速度，从而求出z e t a 电位。 图1 - 2s 佃n 兢电层模型【叫 f i gi 一2m o d e l o f s t e r nd o u b l el a y e r 1 5 2 截乳液滴粗轻的测定 微乳粒子粒径测量的传统方法有激光光散射、透射电镜、扫描电镜、小角x 射线衍 射等，近年柬，循环伏安法、半微分电分析法等电化学方法也被应用于研究微乳体系的 物理化学性质。 ( 1 ) 与传统方法相比电化学方法【5 4 - 5 8 】设备简单，测定速度快，但是结果的准确 性有待继续考察。王国祥【5 4 1 等用电导法测定了c 1 似一甲苯一正丁醇水微乳液微结构及结 构转变。电导法是测定微乳结构转变的重要方法。莫春生【4 7o | 三【电化学探针循环伏安法测 定十= 烷基硫酸钠的结构转变。 ( 2 ) 电镜方法是直接而有效的方法，包括s e m 、t e m 、s t e m 、s t m 等，但由于 电镜法在制样以及测定过程中，可能改变微乳液的原有结构，因此在选用电镜方法前应 有所考虑。目前对微乳液的电镜测定主要是采用冷冻刻蚀技术，猷防止在高真空状态下 使微乳结构失真。 江南大学硕士学位论文 ( 3 ) 采用光谱方法对微乳液的研究是间接的，但却是有效的方法。滕弘型6 2 】等用 红外光谱细致的研究了微乳液的水结构；l a n 9 1 5 9 用荧光分析法对结构参数r e 进行了测 定；p a n a g i o t i s 6 0 用荧光分析法及紫外可见光吸收光谱全面分析了微乳液的粒径及粒径分 布。此外拉曼光谱、n m r 及x 射线衍射也常被用到。 以动态激光光散射为例，光传播时其交变的电磁场引起介质中分子的电子产生强迫 振动，这种振动成为二次波源向各个方向辐射电磁波，这是光散射的起因。当微粒子或 分子的极化率与周围介质的极化率不同时，便可观察到散射光。如果散射中没有能量转 移，散射光的频率应与入射光的频率相同，即发生所谓的静态光散射。但实际上，介质 中的质点或分子在不停地作布朗运动，入射光与热运动的分子或粒子发生准弹性碰撞， 使它们发生微小的能量变化，结果是散射光场以入射光频率为中心而展宽，此时即发生 所谓的动态光散射。 1 6 本课题的目的和意义 目前，微乳微结构的研究对象主要是工业、食品等行业广泛应用的油、表面活性 剂含量极高的微乳体系，在m e e k c 微乳体系研究中，主要集中在微乳液组成等条件的 改变对m e e k c 分离结果的影响，但是对于微乳液组成的改变对m e e k c 微乳体系的微 结构的影响，以及微结构对m e e k c 分离的影响的研究还未见报导。本文首次系统的考 察了m e e k c 微乳组成对微结构的影响以及微结构与m e e k c 分离结果的关系。本文主 要从以下三个方面展开。 1 本文建立了一种简便快速测定微乳体系微结构的电化学方法，将电化学探针二茂 铁作为微乳粒子的指标物，通过循环伏安法测定电化学探针的扩散系数，间接测定 m e e k c 微乳体系的微乳粒径，并对该方法的适用性进行评价。 2 系统地研究了m e e k c 微乳体系中表面活性剂，助表面活性剂，油相以及有机改 性剂的浓度对微乳微结构的影响，并与m e e k c 的分离时间窗口相结合，首次研究探讨 了微乳微结构与m e e k c 分离过程中分离度、峰容量、容量因子、选择性等参数的关系， 揭示微乳体系微结构对m e e k c 分离的重要影响。 3 有一些报道显示，在分离中性物质时，添加正丁醇的m e k c 与m e e k c 有着近 似的迁移时间和分离度等，揭示溶胀的胶束和m e e k c 微乳体系的微结构有一定的相似 性。本文首次通过测定粒径和z e t a 电势，对m e k c 正丁醇改性胶束和m e e k c 微乳体 系的微结构进行了比较，并采用m e k c 正丁醇改性胶束和m e e k c 微乳体系对中性分 析物进行分离，更加深入的探讨假固定相微结构与m e e k c 分离的关系。 6 m e e k c 微乳体系微乳粒径的电化学研究方法 第二章m e e k c 微乳体系微乳粒径的电化学研究方法 2 11 疗言 微乳粒子粒径测量的传统方法有激光光散射、扫描电镜、小角x 射线衍射、中子散 射、核磁共振法等。近年来，循环伏安法、半微分电分析法等电化学方法也被应用于研 究微乳体系的物理化学性质。与传统方法相比，电化学方法设备简单，测定速度快，王 国祥冈等用电导法测定了c t a b 甲苯正丁醇水微乳液微结构及结构转变。电导法是测 定微乳结构转变的重要方法。莫春生【3 9 】以电化学探针循环伏安法测定十二烷基硫酸钠的 结构转变，都取得不错的效果。 但是上述研究的微乳体系都是表面活性剂和油的含量比较大，至于该方法能够适用 于m e e k c 特殊微乳体系微结构的测定还没有报道。鉴于此，本文建立了一种测定 m e e k c 微乳体系微结构的电化学方法，首次将探针循环伏安法用于测定m e e k c 微乳体 系的粒径，并对该方法的准确性进行考察，判断此方法是否适用于本微乳体系的粒径测 定。 2 2 实验药品及仪器 2 2 1 实验药品 十二烷基硫酸钠、正丁醇、正辛烷：分析纯，国药集团化学试剂有限公司； 二茂铁( f c ) ：分析纯，宜兴市威特石油化工添加剂厂； 硼酸、硼砂、氢氧化钠：分析纯，中国医药集团上海化学试剂公司； 二次重蒸馏水：中国华晶电子集团公司。 2 2 2 实验仪器 c h l 8 1 0 b 型电化学分析仪器：上海辰华仪器公司； 甘汞电极、玻碳电极、铂电极：上海电光器件厂； a l v - d l s s l s 5 0 2 2 f 激光光散射系统：德国a l v 公司； j a 2 0 0 3 电子分析天平：上海分析天平仪器厂； h s 31 2 0 d 超声波清洗仪：天津市恒奥科技发展有限公司。 2 3 试验方法 循环伏安测定在c h l 6 0 0 c 型电化学分析仪上进行。实验采用三电极系统，玻碳电 极( - 1 - 作面积为1 1 3 x 1 0 。5 n 1 2 ) 作为工作电极，使用前用a 1 2 0 3 湿粉抛光电极表面，再用二 次蒸馏水淋洗，最后用超声波清洗3 m i n 以除去电极表面上残留的a 1 2 0 3 微粒。铂丝作 辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，扫描速率为2 0 ，4 0 ，6 0 ，8 0 ，1 0 0 m v s 。实验温 度设定为3 0 。c