সার্ফ্যাক্ট্যান্টের ভেজা এবং দ্রাব্যকরণের প্রভাব সম্পর্কে আপনি কতটা জানেন?

ভেজা প্রভাব, প্রয়োজনীয়তা: HLB: 7-9

ভেজা বলতে এমন একটি ঘটনাকে বোঝায় যেখানে কঠিন পৃষ্ঠে শোষিত গ্যাস তরল দ্বারা স্থানচ্যুত হয়। যে পদার্থগুলি এই স্থানচ্যুতি ক্ষমতা বৃদ্ধি করতে পারে তাদের ভেজা এজেন্ট বলা হয়। ভেজাকে সাধারণত তিন প্রকারে ভাগ করা হয়: যোগাযোগ ভেজা (আঠালো ভেজা), নিমজ্জন ভেজা (নিমজ্জন ভেজা), এবং স্প্রেডিং ভেজা (স্প্রেডিং)। এর মধ্যে, স্প্রেডিং ভেজা সর্বোচ্চ মানের প্রতিনিধিত্ব করে এবং স্প্রেডিং সহগ প্রায়শই বিভিন্ন সিস্টেমের মধ্যে ভেজা কর্মক্ষমতা মূল্যায়নের জন্য একটি সূচক হিসাবে ব্যবহৃত হয়। এছাড়াও, যোগাযোগ কোণও ভেজা মানের বিচারের জন্য একটি মানদণ্ড। তরল এবং কঠিন পর্যায়ের মধ্যে ভেজার মাত্রা নিয়ন্ত্রণ করতে সারফ্যাক্ট্যান্ট ব্যবহার করা যেতে পারে।

কীটনাশক শিল্পে, কিছু দানাদার ফর্মুলেশন এবং ধুলোবালি পাউডারেও নির্দিষ্ট পরিমাণে সার্ফ্যাক্ট্যান্ট থাকে। তাদের উদ্দেশ্য হল লক্ষ্য পৃষ্ঠে কীটনাশকের আনুগত্য এবং জমার পরিমাণ উন্নত করা, মুক্তির হার ত্বরান্বিত করা এবং আর্দ্র পরিস্থিতিতে সক্রিয় উপাদানগুলির বিস্তারের ক্ষেত্র প্রসারিত করা, যার ফলে রোগ প্রতিরোধ এবং চিকিৎসার কার্যকারিতা বৃদ্ধি পায়।

প্রসাধনী শিল্পে, সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলি ইমালসিফায়ার হিসাবে কাজ করে এবং ক্রিম, লোশন, ফেসিয়াল ক্লিনজার এবং মেকআপ রিমুভারের মতো ত্বকের যত্নের পণ্যগুলিতে অপরিহার্য উপাদান।

মাইকেল এবং দ্রাব্যীকরণ,প্রয়োজনীয়তা: C > CMC (HLB 13–18)

ন্যূনতম ঘনত্ব যেখানে সার্ফ্যাক্ট্যান্ট অণুগুলি মাইকেল গঠনের জন্য সংযুক্ত হয়। যখন ঘনত্ব CMC মান অতিক্রম করে, তখন সার্ফ্যাক্ট্যান্ট অণুগুলি নিজেদেরকে গোলাকার, রড-সদৃশ, ল্যামেলার বা প্লেটের মতো কনফিগারেশনের মতো কাঠামোতে সাজায়।

দ্রাব্যীকরণ ব্যবস্থা হল তাপগতিগত ভারসাম্য ব্যবস্থা। CMC যত কম এবং সংযোগের মাত্রা যত বেশি, সর্বাধিক সংযোজক ঘনত্ব (MAC) তত বেশি। দ্রাব্যীকরণের উপর তাপমাত্রার প্রভাব তিনটি দিক থেকে প্রতিফলিত হয়: এটি মাইকেল গঠন, দ্রাব্যতাগুলির দ্রাব্যতা এবং সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলির দ্রাব্যতাকে প্রভাবিত করে। আয়নিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলির জন্য, ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে তাদের দ্রাব্যতা তীব্রভাবে বৃদ্ধি পায় এবং যে তাপমাত্রায় এই আকস্মিক বৃদ্ধি ঘটে তাকে ক্রাফ্ট বিন্দু বলা হয়। ক্রাফ্ট বিন্দু যত বেশি, গুরুত্বপূর্ণ মাইকেল ঘনত্ব তত কম।

পলিঅক্সিথিলিন নন-আয়োনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টের ক্ষেত্রে, যখন তাপমাত্রা একটি নির্দিষ্ট স্তরে বৃদ্ধি পায়, তখন তাদের দ্রাব্যতা তীব্রভাবে হ্রাস পায় এবং বৃষ্টিপাত হয়, যার ফলে দ্রবণটি ঘোলাটে হয়ে যায়। এই ঘটনাটিকে ক্লাউডিং বলা হয় এবং সংশ্লিষ্ট তাপমাত্রাকে ক্লাউড পয়েন্ট বলা হয়। একই পলিঅক্সিথিলিন চেইন দৈর্ঘ্যের সার্ফ্যাক্ট্যান্টের ক্ষেত্রে, হাইড্রোকার্বন চেইন যত দীর্ঘ হবে, মেঘ বিন্দু তত কম হবে; বিপরীতভাবে, একই হাইড্রোকার্বন চেইন দৈর্ঘ্যের সাথে, পলিঅক্সিথিলিন চেইন যত দীর্ঘ হবে, মেঘ বিন্দু তত বেশি হবে।

অ-মেরু জৈব পদার্থের (যেমন, বেনজিন) পানিতে দ্রাব্যতা খুবই কম। তবে, সোডিয়াম ওলিয়েটের মতো সার্ফ্যাক্ট্যান্ট যোগ করলে পানিতে বেনজিনের দ্রাব্যতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেতে পারে - যাকে দ্রাব্যীকরণ বলা হয়। দ্রাব্যীকরণ সাধারণ দ্রাব্যীকরণ থেকে আলাদা: দ্রাব্য বেনজিন জলের অণুতে সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে না বরং ওলিয়েট আয়ন দ্বারা গঠিত মাইকেলের মধ্যে আটকে থাকে। এক্স-রে বিবর্তন গবেষণায় নিশ্চিত করা হয়েছে যে দ্রাব্যীকরণের পরে সমস্ত ধরণের মাইকেল বিভিন্ন মাত্রায় প্রসারিত হয়, যখন সামগ্রিক দ্রবণের সংযোজনমূলক বৈশিষ্ট্যগুলি মূলত অপরিবর্তিত থাকে।

পানিতে সার্ফ্যাক্ট্যান্টের ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে, সার্ফ্যাক্ট্যান্ট অণুগুলি তরল পৃষ্ঠের উপর জমা হয় এবং একটি ঘনিষ্ঠভাবে প্যাক করা, অভিমুখী মনোমলিকুলার স্তর তৈরি করে। বাল্ক পর্যায়ে অতিরিক্ত অণুগুলি তাদের জলবিহীন গোষ্ঠীগুলির সাথে একত্রিত হয়ে ভিতরের দিকে মুখ করে মাইকেলস তৈরি করে। মাইকেলস গঠন শুরু করার জন্য প্রয়োজনীয় ন্যূনতম ঘনত্বকে সমালোচনামূলক মাইকেলস ঘনত্ব (CMC) হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এই ঘনত্বে, দ্রবণটি আদর্শ আচরণ থেকে বিচ্যুত হয় এবং পৃষ্ঠ টান বনাম ঘনত্ব বক্ররেখায় একটি স্বতন্ত্র প্রতিবর্তন বিন্দু দেখা যায়। সার্ফ্যাক্ট্যান্ট ঘনত্ব আরও বৃদ্ধি করলে পৃষ্ঠ টান আর কমবে না; পরিবর্তে, এটি বাল্ক পর্যায়ে মাইকেলসের ক্রমাগত বৃদ্ধি এবং গুণনকে উৎসাহিত করবে।

যখন সার্ফ্যাক্ট্যান্ট অণুগুলি দ্রবণে ছড়িয়ে পড়ে এবং একটি নির্দিষ্ট ঘনত্বের সীমায় পৌঁছায়, তখন তারা পৃথক মনোমার (আয়ন বা অণু) থেকে মাইকেলস নামক কলয়েডাল সমষ্টিতে সংযুক্ত হয়। এই রূপান্তর দ্রবণের ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যে আকস্মিক পরিবর্তন ঘটায় এবং যে ঘনত্বে এটি ঘটে তা হল CMC। মাইকেল গঠনের প্রক্রিয়াটিকে মাইকেলাইজেশন বলা হয়।

জলীয় সার্ফ্যাক্ট্যান্ট দ্রবণে মাইকেলের গঠন একটি ঘনত্ব-নির্ভর প্রক্রিয়া। অত্যন্ত পাতলা দ্রবণে, জল এবং বায়ু প্রায় সরাসরি সংস্পর্শে থাকে, তাই পৃষ্ঠের টান সামান্য হ্রাস পায়, বিশুদ্ধ জলের কাছাকাছি থাকে, বাল্ক পর্যায়ে খুব কম সার্ফ্যাক্ট্যান্ট অণু ছড়িয়ে পড়ে। সার্ফ্যাক্ট্যান্টের ঘনত্ব মাঝারিভাবে বৃদ্ধি পাওয়ার সাথে সাথে, অণুগুলি দ্রুত জলের পৃষ্ঠে শোষণ করে, জল এবং বায়ুর মধ্যে যোগাযোগের ক্ষেত্র হ্রাস করে এবং পৃষ্ঠের টানে তীব্র হ্রাস ঘটায়। ইতিমধ্যে, বাল্ক পর্যায়ে কিছু সার্ফ্যাক্ট্যান্ট অণু তাদের হাইড্রোফোবিক গোষ্ঠীর সাথে একত্রিত হয়, ছোট মাইকেল তৈরি করে।

ঘনত্ব বৃদ্ধি পেতে থাকে এবং দ্রবণটি শোষণের পরিপূর্ণতায় পৌঁছানোর সাথে সাথে তরল পৃষ্ঠের উপর একটি ঘন প্যাকযুক্ত মনোমলিকুলার ফিল্ম তৈরি হয়। যখন ঘনত্ব CMC-তে পৌঁছায়, তখন দ্রবণের পৃষ্ঠতল টান তার সর্বনিম্ন মান পর্যন্ত পৌঁছায়। CMC-এর বাইরে, সার্ফ্যাক্ট্যান্ট ঘনত্ব আরও বৃদ্ধি করলে পৃষ্ঠতল টানের উপর খুব একটা প্রভাব পড়ে না; পরিবর্তে, এটি বাল্ক পর্যায়ে মাইকেলের সংখ্যা এবং আকার বৃদ্ধি করে। এরপর দ্রবণে মাইকেলের প্রাধান্য থাকে, যা ন্যানোপাউডার সংশ্লেষণে মাইক্রোরিঅ্যাক্টর হিসেবে কাজ করে। ক্রমাগত ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে, সিস্টেমটি ধীরে ধীরে তরল স্ফটিক অবস্থায় রূপান্তরিত হয়।

যখন জলীয় সার্ফ্যাক্ট্যান্ট দ্রবণের ঘনত্ব CMC-তে পৌঁছায়, তখন ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে মাইকেলের গঠন স্পষ্ট হয়ে ওঠে। এটি পৃষ্ঠ টান বনাম লগ ঘনত্ব বক্ররেখা (γ–log c বক্ররেখা) এর একটি প্রতিবর্তন বিন্দু দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, সেই সাথে দ্রবণে অ-আদর্শ ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের উত্থান ঘটে।

আয়নিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট মাইকেলগুলি উচ্চ পৃষ্ঠ চার্জ বহন করে। ইলেকট্রস্ট্যাটিক আকর্ষণের কারণে, কাউন্টারিয়নগুলি মাইকেল পৃষ্ঠের দিকে আকৃষ্ট হয়, যা ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক চার্জের কিছু অংশকে নিরপেক্ষ করে। যাইহোক, একবার মাইকেলগুলি উচ্চ চার্জযুক্ত কাঠামো তৈরি করলে, কাউন্টারিয়ন দ্বারা গঠিত আয়নিক বায়ুমণ্ডলের প্রতিবন্ধক বল উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় - একটি বৈশিষ্ট্য যা ন্যানোপাউডারের বিচ্ছুরণযোগ্যতা সামঞ্জস্য করতে কাজে লাগানো যেতে পারে। এই দুটি কারণে, CMC-এর বাইরে ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে দ্রবণের সমতুল্য পরিবাহিতা দ্রুত হ্রাস পায়, যা এই বিন্দুটিকে সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলির গুরুত্বপূর্ণ মাইকেল ঘনত্ব নির্ধারণের জন্য একটি নির্ভরযোগ্য পদ্ধতি করে তোলে।

আয়নিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট মাইকেলের গঠন সাধারণত গোলাকার হয়, যার তিনটি অংশ থাকে: একটি কোর, একটি শেল এবং একটি বিচ্ছুরিত বৈদ্যুতিক দ্বিস্তর। কোরটি হাইড্রোফোবিক হাইড্রোকার্বন শৃঙ্খল দ্বারা গঠিত, যা তরল হাইড্রোকার্বনের মতো, যার ব্যাস প্রায় 1 থেকে 2.8 nm। পোলার হেড গ্রুপের সংলগ্ন মিথিলিন গ্রুপগুলি (-CH₂-) আংশিক মেরুত্ব ধারণ করে, যা কোরের চারপাশে কিছু জলের অণু ধরে রাখে। সুতরাং, মাইকেল কোরে থাকেযথেষ্ট পরিমাণে আটকে থাকা জল, এবং এই -CH₂- গোষ্ঠীগুলি তরল-সদৃশ হাইড্রোকার্বন কোরে সম্পূর্ণরূপে একত্রিত হয় না বরং তরল-বহির্ভূত মাইকেল শেলের অংশ তৈরি করে।

মাইকেল শেলকে মাইকেল-ওয়াটার ইন্টারফেস বা পৃষ্ঠ পর্যায়ও বলা হয়। এটি মাইকেল এবং জলের মধ্যে ম্যাক্রোস্কোপিক ইন্টারফেসকে বোঝায় না বরং মাইকেল এবং মনোমেরিক জলীয় সার্ফ্যাক্ট্যান্ট দ্রবণের মধ্যবর্তী অঞ্চলকে বোঝায়। আয়নিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট মাইকেলের জন্য, শেলটি বৈদ্যুতিক ডাবল স্তরের সবচেয়ে ভেতরের স্টার্ন স্তর (বা স্থির শোষণ স্তর) দ্বারা গঠিত হয়, যার পুরুত্ব প্রায় 0.2 থেকে 0.3 এনএম। শেলটিতে কেবল সার্ফ্যাক্ট্যান্টের আয়নিক হেড গ্রুপ এবং আবদ্ধ কাউন্টারিয়নের একটি অংশই নয় বরং এই আয়নগুলির হাইড্রেশনের কারণে একটি হাইড্রেশন স্তরও রয়েছে। মাইকেল শেলটি একটি মসৃণ পৃষ্ঠ নয় বরং একটি "রুক্ষ" ইন্টারফেস, যা সার্ফ্যাক্ট্যান্ট মনোমার অণুর তাপীয় গতির কারণে সৃষ্ট ওঠানামার ফলে ঘটে।

জলীয় নয় এমন (তেল-ভিত্তিক) মাধ্যমে, যেখানে তেলের অণু প্রাধান্য পায়, সেখানে সার্ফ্যাক্ট্যান্টের হাইড্রোফিলিক গ্রুপগুলি ভিতরের দিকে একত্রিত হয়ে একটি মেরু কোর তৈরি করে, যখন হাইড্রোফোবিক হাইড্রোকার্বন শৃঙ্খলগুলি মাইকেলের বাইরের খোল তৈরি করে। এই ধরণের মাইকেলের গঠন প্রচলিত জলীয় মাইকেলের তুলনায় বিপরীত এবং তাই একে বিপরীত মাইকেল বলা হয়; বিপরীতে, জলে গঠিত মাইকেলগুলিকে সাধারণ মাইকেল বলা হয়। চিত্র 4 অ-জলীয় দ্রবণে সার্ফ্যাক্ট্যান্ট দ্বারা গঠিত বিপরীত মাইকেলের একটি পরিকল্পিত মডেল দেখায়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ন্যানোস্কেল ড্রাগ ক্যারিয়ারের সংশ্লেষণ এবং প্রস্তুতিতে, বিশেষ করে হাইড্রোফিলিক ওষুধের এনক্যাপসুলেশনের জন্য বিপরীত মাইকেল ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে।