表活剂胶束的形态及表征课件

表面活性剂胶束的形态及表征油田化学品部2017年3月.2026/4/27Imaginationstoryboard0061汇报提纲概述胶束的形态表征方法

动态光散射；电子显微镜；原子力显微镜；核磁共振结语.2026/4/27Imaginationstoryboard0062概述胶束和分子有序组合体熵增所支配胶束、反胶束、囊泡、液晶、微乳.2026/4/27Imaginationstoryboard0063概述胶束的定义

表面活性剂溶于水中，当其浓度较低时呈单分子分散或被吸附在溶液的表面上而降低表面张力。当表面活性剂的浓度增加至溶液表面已经饱和而不能再吸附时，表面活性剂的分子即开始转入溶液内部，由于表面活性剂分子的疏水部分与水的亲和力较小，而疏水部分之间的吸引力较大，当达到一定浓度时，许多表面活性剂分子（一般50～150个）的疏水部分便相互吸引，缔合在一起，形成缔合体，这种缔合体称为胶团或胶束。.2026/4/27Imaginationstoryboard0064胶束的作用概述去污增溶表面或界面张力降低催化剂药物载体.2026/4/27Imaginationstoryboard0065概述胶束的驱油.2026/4/27Imaginationstoryboard0066

胶束的形状可呈球状、层状、棒状，其尺寸大小在1nm-1000nm之间，这样的系统是均相的、热力学稳定系统，把它称为缔合胶束溶液或称为胶束电解质溶液，是胶体分散系统的重要组成部分。

胶束的形态概述.2026/4/27Imaginationstoryboard0067概述囊泡、液晶30~100nm左右也有大到10μm理论上可能形成18种水体系中实际只有3种.2026/4/27Imaginationstoryboard0068概述影响分子有序组合体大小和形状的因素表面活性剂结构浓度温度无机电解质其它.2026/4/27Imaginationstoryboard0069Israelchvili提出了临界堆积参数P的概念，用来说明分子形状对自组装体形状的影响。P的计算公式如下：

概述结构对分子有序组合体形状的因素V：表面活性剂疏水链体积l：疏水基最大伸展长度Α：亲水基横截面积.2026/4/27Imaginationstoryboard00610概述胶束的形态.2026/4/27Imaginationstoryboard00611概述胶束的形态.2026/4/27Imaginationstoryboard00612偏光显微镜；负染色透射电子显微镜；低温透射电子显微镜（Cryo-TEM）；冷冻刻蚀电子显微镜（FF-SEM、FF-TEM）；直接表征方法间接各种波段的光；x衍射；中子散射；荧光淬灭；核磁共振.2026/4/27Imaginationstoryboard00613最直观的观察显微镜光学显微镜偏光显微镜(POL);微分干扰显微镜(DIC);荧光显微镜;

电子显微镜扫描、透射、冷冻、冷冻刻蚀原子力显微镜.2026/4/27Imaginationstoryboard00614

mÅ

nmSpheruliteStackedlamellarstructureinaspheruliteCrystalstructureFoldedchainspackedinacrystallinelamellae人眼光学显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜扫描探针显微镜0.2mm

200nm

1nm0.2nmo.1nm0.01nm显微镜观察范围.2026/4/27Imaginationstoryboard00615

r—分辨率与λ成正比r小，分辨率越高对可见光：取λ=600nmr=200nm

电子束：λ=0.0388~0.00087nmr=0.1nm分辨率（分辨能力、分辨本领）：一个光学系统能分开两个物点的能力，数值上是刚能（清楚地）分开两个物点间的最小距离。阿贝公式：显微镜的分辨率.2026/4/27Imaginationstoryboard00616有偏光和无偏光过滤下的5mmol/L甘露糖赤藓糖醇酯癸烷溶液的光学照片JournalofOleoScience，2012，61(5):285-289DIC:differentialinterferencecontrastmicroscopePOL:Polarizingmicroscope光学显微镜.2026/4/27Imaginationstoryboard00617共聚焦荧光显微镜图像Langmuir，2010，26(19):15210-15218荧光显微镜图像光学显微镜.2026/4/27Imaginationstoryboard00618主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像。把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件）上显示出来。扫描透射电子显微镜.2026/4/27Imaginationstoryboard00619冷冻透射电子显微镜

(Cryo-TEM)冷冻扫描电子显微镜(Cryo-SEM)冷冻刻蚀电子显微镜(FEE-TEM)Vitrobot™MarkIV超低温快速冷冻，保持胶束的原始形态和特征冷冻电子显微镜.2026/4/27Imaginationstoryboard00620冷冻制样技术是一种物理制样技术，用超低温快速冷冻的处理方法，代替常规的化学处理。三、冷冻制样的核心技术：快速冷冻二、冷冻制样的内容冷冻固定冷冻干燥冷冻超薄切片冷冻断裂、复型四、优点：能保持原始状态特征一、冷冻制样：冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard00621冰可以多种物理状态存在六角形冰立方体冰玻璃态冰玻璃态冰是一种无定形状态保持生物分子的天然结构提供生物分子所需的水分冰的物理状态与水的冷冻速率有关在极高的冷冻速率（>104

ºC/s)，水形成玻璃态的冰冰的物理状态冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard00622将样品快速的冷冻在玻璃态的冰中优点：样品含水

天然状态结构与在溶液中相同真实结构分辨率高，0.2nm结构是高分辨的、保真的结构！冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard006232、冷冻固定三要素：冷冻速度、温度和细胞质浓度1、概念：在制冷剂的作用下使样品快速冻结、硬化，从而保持样品原有的超微结构和化学成分，改善某些物理性质，便于后续处理或观察。冷冻速度：大于7800℃/秒，形成的冰晶小于20nm。温度：低于再结晶点（-160℃）细胞质的浓度：浓度高则温差小，不易冻伤。冷冻固定冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard006242026/4/2725新鲜样品戊二醛固定保护剂处理冷冻固定

预冷样品室

冷冻干燥或切片（1）液氮直接冷冻法：（2）中间冷媒法：速率高小块样品用一滴保护剂粘在样品头上，迅速投入液氮中冷冻固定。液氮预冷金属杯杯内注入丙烷样品投入丙烷中冷冻1.冷冻固定的基本流程：2.方法：液氮金属杯丙烷冷冻固定冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard00626ethaneliquidnitrogengridforcepsHelenSaibil冷冻固定冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard006271.新鲜样品直接冷冻干燥法：鲜样粘在铜片冷冻固定

真空干燥器回温常规包埋导电处理TEMSEM预冷却-80℃2.有机溶剂取代的冷冻干燥法：常规固定脱水100%乙醚冷冻真空干燥回温后续处理冷冻干燥的方法冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard00628一、类型直接冷冻固定：橡胶、塑料等弹性材料和高分子材料，生物材料进行X射线微区分析醛固定、冷冻保护：形态研究、细胞化学、免疫化学二、制作流程：取材醛类固定保护处理冷冻固定超薄切片染色镜检五字原则pH值/渗透压温度/时间持续-140℃回温后进行冷冻超薄切片冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard00629冷冻断裂复型技术冷冻蚀刻透射电镜（EF-TEM）1.冷冻断裂复型技术：新鲜样品通过冷冻断裂，将断面制成可以反映样品形态的复型膜，以便在透射电镜下观察的制样技术。2.特点：避免化学处理损伤，能更好地保存细胞生活状态；能显示细胞劈裂面的超微结构，分辨率较高；图像立体感强；由铂,碳制成的复型膜，耐受电子束轰击，易于长期保存；操作简单，样品制备周期短（与超薄切片比较）冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard00630预处理/冷冻固定样品断裂/暴露观察面离子蚀刻/表面冰升华喷镀复型膜/碳、铂金分离复型膜/网捞冷冻断裂复型技术图示流程冷冻制样技术概述.2026/4/27Imaginationstoryboard00631冷冻烛刻透射电镜观察（FF-TEM）制样过程

用滴管吸取少量溶液滴在铜质样品台上形成鼓包，然后将样品迅速插入到液氮冷却的液态乙烷中，使样品冷冻玻璃化。样品的刻蚀和复型通过冷冻蚀刻制样台（EMBAF060，Leica，德国）完成。将样品转移到制样台的样品腔中，腔体温度通过液氮气流控制在-150℃，真空度达3×10-7Pa。样品温度与腔体温度平衡后，通过硬金属刀断裂样品鼓包，调节温度使样品表面冰层经过短暂烛刻后，先将以Pt/C以45o角喷射到样品表面对样品结构进行复型，再将C以90o角电喷溅到样品表面以承载和强化复型膜。将复型膜浸洗下来转移到裸铜网上瞭干，通过JEOLJEM-1400电镜观察。董人豪山东大学博士论文20130420.2026/4/27Imaginationstoryboard00632低温透射电镜观察（cryo-TEM）制样过程董人豪山东大学博士论文20130420

样品制备是在环境可控的低温制样装置内CryoplungeTM3内进行，环境温度控制在25℃，Cp3腔体内相对湿度大于90%。制样过程如下：用镊子夹住微栅输送到Cp3腔体中，用移液枪移取1ul样品溶液粘到微栅上，通过Cp3两侧的滤纸拍打样品，对微栅表面液滴进行减薄以获得极薄的一层液膜。随后将样品快速插入到液氮冷却的液态乙烷中（-165℃）。冷冻后的样品通过Gatan626样品杆转移到透射电镜样品腔中，进行观察。.2026/4/27Imaginationstoryboard00633低温透射电镜观察（cryo-TEM）液态乙烷和液态丙烷

丙烷

熔点(℃)-187.6沸点(℃)-42.09饱和蒸气压(kPa)53.32闪点(℃)-104乙烷熔点(℃)-183.3沸点(℃)-88.6饱和蒸气压(kPa)53.32(-99.7℃)闪点(℃)<-50.2026/4/27Imaginationstoryboard00634aL3-相（海绵相）模型；b溶液的FF-TEM结果郝京诚等；中国科学（B辑）2003年8月第33卷第4期p276冷冻断裂复型技术的应用.2026/4/27Imaginationstoryboard00635AFM是在STM的基础上发展起来的。所不同的是，它不是利用电子隧道效应，而是利用原子之间的范德华力作用来呈现样品的表面特性。吸引部分排斥部分Fpaird原子原子排斥力原子原子吸引力原子力显微镜基本原理.2026/4/27Imaginationstoryboard00636仪器构成力检测部分位置检测部分反馈电子系统压电扫描系统.2026/4/27Imaginationstoryboard00637原子力显微镜的应用.2026/4/27Imaginationstoryboard00638通过动态光散射的方法可以测量大分子和胶体粒子的流体力学半径分布情况；通过静态光散射的方法可测量高聚物的重均分子量MW(weightaveragedmolecularmass)，均方根旋转半径Rg（radiusofgyration）和第二维里系数B2(secondosmoticvirialcoefficient)。该仪器可测粒子大小为几个nm至1μm，并具有不破坏体系原有状态的特征，因此在高分子与胶体化学，材料科学，生命科学等方面都得到广泛应用。光散射.2026/4/27Imaginationstoryboard006391000110100110100纳米微米0.1SievesElectronmicroscopySedimentationDisccentrifugeLaserdiffractionElectrozonesensingAFM/STMetcDynamiclightscatteringAcousticspectroscopyMicroscopy动态光散射.2026/4/27Imaginationstoryboard00640上亿个粒子的统计学效果，使得对粒径及其分布的测量更加准确对微量存在的大颗粒极其敏感在溶液状态下测量颗粒的尺寸测试速度快，所需样品少需要溶液的粘度和折光指数等光学参数所得到的尺寸分布正比于不同种类颗粒对光强的贡献率动态光散射.2026/4/27Imaginationstoryboard00641动态光散射DynamicLightScattering(DLS)，也称光子相关光谱PhotonCorrelationSpectroscopy(PCS)，准弹性光散射quasi-elasticscattering，测量光强的波动随时间的变化粒子的布朗运动Brownianmotion导致光强的波动光子相关器correlator将光强的波动转化为相关方程相关方程检测光强波动的的速度，从而我们得到粒子的扩散速度信息和粒子的粒径d(h)从相关方程我们还可以得到尺寸的分布信息MalvernZetasizerNano系列.2026/4/27Imaginationstoryboard0064243动态光散射的应用.2026/4/27Imaginationstoryboard006核磁共振h

化学位移耦合常数弛豫时间

磁化强度磁性核（I0）静磁场与原子核能级裂分匹配的射频.2026/4/27Imaginationstoryboard00644CMC测定