सर्फ्याक्टेन्टहरूको भिजाउने र घुलनशीलता प्रभावहरूको बारेमा तपाईंलाई कति थाहा छ?

भिजाउने प्रभाव, आवश्यकता: HLB: ७-९

भिजाउने भनेको ठोस सतहमा सोसिएको ग्यासलाई तरल पदार्थले विस्थापित गर्ने घटनाको रूपमा परिभाषित गरिएको छ। यो विस्थापन क्षमता बढाउन सक्ने पदार्थहरूलाई भिजाउने एजेन्ट भनिन्छ। भिजाउनेलाई सामान्यतया तीन प्रकारमा वर्गीकृत गरिन्छ: सम्पर्क भिजाउने (आसंजन भिजाउने), इमर्सनल भिजाउने (इमर्सनल भिजाउने), र स्प्रेडिङ भिजाउने (स्प्रेडिङ)। यी मध्ये, स्प्रेडिङले भिजाउने उच्चतम स्तरलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ, र स्प्रेडिङ गुणांक प्रायः विभिन्न प्रणालीहरू बीच भिजाउने कार्यसम्पादन मूल्याङ्कन गर्न सूचकको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। थप रूपमा, सम्पर्क कोण पनि भिजाउने गुणस्तरको न्याय गर्ने मापदण्ड हो। तरल र ठोस चरणहरू बीच भिजाउने डिग्री नियन्त्रण गर्न सर्फ्याक्टेन्टहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ।

कीटनाशक उद्योगमा, केही दानेदार सूत्रहरू र धुलो पार्न मिल्ने पाउडरहरूमा पनि निश्चित मात्रामा सर्फ्याक्टेन्टहरू हुन्छन्। तिनीहरूको उद्देश्य लक्षित सतहमा कीटनाशकको ​​आसंजन र निक्षेपण मात्रा सुधार गर्नु, रिलीज दरलाई तीव्र पार्नु र आर्द्र अवस्थामा सक्रिय सामग्रीहरूको फैलावट क्षेत्र विस्तार गर्नु हो, जसले गर्दा रोग रोकथाम र उपचारको प्रभावकारिता बढ्छ।

सौन्दर्य प्रसाधन उद्योगमा, सर्फ्याक्टेन्टहरूले इमल्सीफायरको रूपमा काम गर्छन् र क्रिम, लोशन, फेसियल क्लिन्जर र मेकअप रिमूभर जस्ता छाला हेरचाह उत्पादनहरूमा अपरिहार्य घटक हुन्।

माइकल्स र घुलनशीलता,आवश्यकताहरू: C > CMC (HLB १३–१८)

न्यूनतम सांद्रता जसमा सर्फ्याक्टेन्ट अणुहरू माइकेलहरू बनाउन मिल्छन्। जब सांद्रता CMC मान भन्दा बढी हुन्छ, सर्फ्याक्टेन्ट अणुहरूले आफूलाई गोलाकार, रड-जस्तो, लेमेलर, वा प्लेट-जस्तो कन्फिगरेसन जस्ता संरचनाहरूमा व्यवस्थित गर्छन्।

घुलनशीलता प्रणालीहरू थर्मोडायनामिक सन्तुलन प्रणालीहरू हुन्। CMC जति कम हुन्छ र सम्बन्धको डिग्री जति उच्च हुन्छ, अधिकतम additive concentration (MAC) त्यति नै बढी हुन्छ। घुलनशीलतामा तापक्रमको प्रभाव तीन पक्षहरूमा प्रतिबिम्बित हुन्छ: यसले माइकेल गठन, घुलनशीलताको घुलनशीलता र सर्फ्याक्टेन्टहरूको घुलनशीलतालाई प्रभाव पार्छ। आयनिक सर्फ्याक्टेन्टहरूको लागि, बढ्दो तापक्रमसँगै तिनीहरूको घुलनशीलता तीव्र रूपमा बढ्छ, र जुन तापक्रममा यो अचानक वृद्धि हुन्छ त्यसलाई क्राफ्ट बिन्दु भनिन्छ। क्राफ्ट बिन्दु जति उच्च हुन्छ, महत्वपूर्ण माइकेल सांद्रता त्यति नै कम हुन्छ।

पोलिअक्सिथिलिन ननियोनिक सर्फ्याक्टेन्टहरूका लागि, जब तापक्रम निश्चित स्तरमा बढ्छ, तिनीहरूको घुलनशीलता तीव्र रूपमा घट्छ र वर्षा हुन्छ, जसले गर्दा घोल धमिलो हुन्छ। यो घटनालाई क्लाउडिङ भनिन्छ, र सम्बन्धित तापक्रमलाई क्लाउड पोइन्ट भनिन्छ। समान पोलिअक्सिथिलिन चेन लम्बाइ भएका सर्फ्याक्टेन्टहरूका लागि, हाइड्रोकार्बन चेन जति लामो हुन्छ, क्लाउड पोइन्ट त्यति नै कम हुन्छ; यसको विपरीत, समान हाइड्रोकार्बन चेन लम्बाइ भएका, पोलिअक्सिथिलिन चेन जति लामो हुन्छ, क्लाउड पोइन्ट त्यति नै उच्च हुन्छ।

गैर-ध्रुवीय जैविक पदार्थहरू (जस्तै, बेन्जिन) को पानीमा घुलनशीलता धेरै कम हुन्छ। यद्यपि, सोडियम ओलिएट जस्ता सर्फ्याक्टेन्टहरू थप्दा पानीमा बेन्जिनको घुलनशीलता उल्लेखनीय रूपमा बढाउन सकिन्छ - एक प्रक्रिया जसलाई घुलनशीलता भनिन्छ। घुलनशीलता सामान्य विघटन भन्दा फरक छ: घुलनशील बेन्जिन पानीका अणुहरूमा समान रूपमा फैलिएको छैन तर ओलिएट आयनहरूद्वारा बनेका माइकेलहरू भित्र फसेको छ। एक्स-रे विवर्तन अध्ययनहरूले पुष्टि गरेको छ कि सबै प्रकारका माइकेलहरू घुलनशीलता पछि फरक डिग्रीमा विस्तार हुन्छन्, जबकि समग्र घोलको कोलिगेटिभ गुणहरू धेरै हदसम्म अपरिवर्तित रहन्छन्।

पानीमा सर्फ्याक्टेन्टहरूको सांद्रता बढ्दै जाँदा, सर्फ्याक्टेन्ट अणुहरू तरल सतहमा जम्मा भएर नजिकबाट प्याक गरिएको, उन्मुख मोनोमोलेकुलर तह बनाउँछन्। बल्क चरणमा अतिरिक्त अणुहरू तिनीहरूको हाइड्रोफोबिक समूहहरू भित्रतिर फर्काएर मिलेर माइकेलहरू बनाउँछन्। माइकेल गठन सुरु गर्न आवश्यक न्यूनतम सांद्रतालाई क्रिटिकल माइकेल सांद्रता (CMC) को रूपमा परिभाषित गरिएको छ। यस सांद्रतामा, घोल आदर्श व्यवहारबाट विचलित हुन्छ, र सतह तनाव बनाम सांद्रता वक्रमा एक विशिष्ट इन्फ्लेक्सन बिन्दु देखा पर्दछ। सर्फ्याक्टेन्ट सांद्रतालाई थप बढाउँदा अब सतह तनाव कम हुनेछैन; बरु, यसले बल्क चरणमा माइकेलहरूको निरन्तर वृद्धि र गुणनलाई बढावा दिनेछ।

जब सर्फ्याक्टेन्ट अणुहरू घोलमा छरिन्छन् र एक विशिष्ट सांद्रता सीमामा पुग्छन्, तिनीहरू व्यक्तिगत मोनोमरहरू (आयनहरू वा अणुहरू) बाट माइकेल भनिने कोलोइडल समुच्चयहरूमा जोडिन्छन्। यो संक्रमणले घोलको भौतिक र रासायनिक गुणहरूमा अचानक परिवर्तनहरू ट्रिगर गर्दछ, र यो हुने सांद्रता CMC हो। माइकेल गठनको प्रक्रियालाई माइकेलाइजेशन भनिन्छ।

जलीय सर्फ्याक्टेन्ट घोलहरूमा माइकेलहरूको गठन एकाग्रतामा निर्भर प्रक्रिया हो। अत्यन्तै पातलो घोलहरूमा, पानी र हावा लगभग प्रत्यक्ष सम्पर्कमा हुन्छन्, त्यसैले सतह तनाव थोरै मात्र घट्छ, शुद्ध पानीको नजिक रहन्छ, थोक चरणमा धेरै कम सर्फ्याक्टेन्ट अणुहरू छरिएका हुन्छन्। सर्फ्याक्टेन्ट सांद्रता मध्यम रूपमा बढ्दै जाँदा, अणुहरू पानीको सतहमा द्रुत रूपमा सोस्छन्, पानी र हावा बीचको सम्पर्क क्षेत्र घटाउँछन् र सतह तनावमा तीव्र गिरावट ल्याउँछन्। यसैबीच, थोक चरणमा केही सर्फ्याक्टेन्ट अणुहरू तिनीहरूको हाइड्रोफोबिक समूहहरूसँग मिलेर साना माइकेलहरू बनाउँछन्।

जब सांद्रता बढ्दै जान्छ र घोल संतृप्ति सोस्ने क्रममा पुग्छ, तब तरल सतहमा घना रूपमा भरिएको मोनोमोलेकुलर फिल्म बन्छ। जब सांद्रता CMC मा पुग्छ, घोलको सतह तनाव यसको न्यूनतम मानमा पुग्छ। CMC भन्दा बाहिर, सर्फ्याक्टेन्ट सांद्रता बढाउनाले सतह तनावलाई मुश्किलले असर गर्छ; बरु, यसले बल्क चरणमा माइकेलहरूको संख्या र आकार बढाउँछ। त्यसपछि घोलमा माइकेलहरू हावी हुन्छन्, जसले न्यानोपाउडरको संश्लेषणमा माइक्रोरिएक्टरको रूपमा काम गर्छन्। निरन्तर सांद्रता वृद्धिसँगै, प्रणाली बिस्तारै तरल क्रिस्टलीय अवस्थामा परिवर्तन हुन्छ।

जब जलीय सर्फ्याक्टेन्ट घोलको सांद्रता CMC मा पुग्छ, बढ्दो सांद्रतासँगै माइकेलहरूको गठन प्रमुख हुन्छ। यो घोलमा गैर-आदर्श भौतिक र रासायनिक गुणहरूको उदयसँगै सतह तनाव बनाम लग सांद्रता वक्र (γ–log c वक्र) मा एक इन्फ्लेक्शन बिन्दु द्वारा विशेषता हो।

आयोनिक सर्फ्याक्टेन्ट माइकेलहरूले उच्च सतह चार्जहरू बोक्छन्। इलेक्ट्रोस्टेटिक आकर्षणको कारण, काउन्टरियनहरू माइकेल सतहमा आकर्षित हुन्छन्, जसले सकारात्मक र नकारात्मक चार्जहरूको भागलाई तटस्थ बनाउँछ। यद्यपि, एक पटक माइकेलहरूले अत्यधिक चार्ज गरिएको संरचनाहरू बनाएपछि, काउन्टरियनहरूद्वारा बनेको आयनिक वायुमण्डलको रिटार्डिंग बल उल्लेखनीय रूपमा बढ्छ - एक गुण जुन न्यानोपाउडरहरूको फैलावट समायोजन गर्न शोषण गर्न सकिन्छ। यी दुई कारणहरूले गर्दा, CMC भन्दा बाहिर बढ्दो सांद्रतासँग घोलको समतुल्य चालकता द्रुत रूपमा घट्छ, जसले गर्दा यो बिन्दु सर्फ्याक्टेन्टहरूको महत्वपूर्ण माइकेल सांद्रता निर्धारण गर्न एक भरपर्दो विधि बनाउँछ।

आयनिक सर्फ्याक्टेन्ट माइकेलको संरचना सामान्यतया गोलाकार हुन्छ, जसमा तीन भागहरू हुन्छन्: एउटा कोर, एउटा खोल, र एउटा फैलिएको विद्युतीय डबल तह। कोर तरल हाइड्रोकार्बन जस्तै हाइड्रोफोबिक हाइड्रोकार्बन चेनहरू मिलेर बनेको हुन्छ, जसको व्यास लगभग १ देखि २.८ एनएम सम्म हुन्छ। ध्रुवीय हेड समूहहरूसँग जोडिएका मिथिलिन समूहहरू (-CH₂-) मा आंशिक ध्रुवता हुन्छ, जसले कोर वरिपरि केही पानीका अणुहरू राख्छ। यसरी, माइकेल कोरमापर्याप्त मात्रामा पानी फँसिएको हुन्छ, र यी -CH₂- समूहहरू तरल-जस्तो हाइड्रोकार्बन कोरमा पूर्ण रूपमा एकीकृत हुँदैनन् तर तरल-रहित माइकेल खोलको भाग बन्छन्।

माइकेल खोललाई माइकेल-पानी इन्टरफेस वा सतह चरण पनि भनिन्छ। यसले माइकेल र पानी बीचको म्याक्रोस्कोपिक इन्टरफेसलाई जनाउँदैन तर माइकेल र मोनोमेरिक जलीय सर्फ्याक्टेन्ट घोल बीचको क्षेत्रलाई जनाउँछ। आयनिक सर्फ्याक्टेन्ट माइकेलहरूको लागि, खोल विद्युतीय डबल तहको सबैभन्दा भित्री स्टर्न तह (वा स्थिर सोखना तह) द्वारा बनाइन्छ, जसको मोटाई लगभग ०.२ देखि ०.३ एनएम हुन्छ। खोलमा सर्फ्याक्टेन्टहरूको आयनिक हेड समूहहरू र बाउन्ड काउन्टरियनहरूको एक भाग मात्र होइन तर यी आयनहरूको हाइड्रेशनको कारणले हाइड्रेशन तह पनि हुन्छ। माइकेल खोल चिल्लो सतह होइन बरु "खराब" इन्टरफेस हो, जुन सर्फ्याक्टेन्ट मोनोमर अणुहरूको थर्मल गतिको कारणले हुने उतार-चढ़ावको परिणाम हो।

गैर-जलीय (तेल-आधारित) मिडियामा, जहाँ तेल अणुहरू प्रबल हुन्छन्, सर्फ्याक्टेन्टहरूको हाइड्रोफिलिक समूहहरू भित्रतिर जम्मा भएर ध्रुवीय कोर बनाउँछन्, जबकि हाइड्रोफोबिक हाइड्रोकार्बन चेनहरूले माइकेलको बाहिरी खोल बनाउँछन्। यस प्रकारको माइकेलमा परम्परागत जलीय माइकेलहरूको तुलनामा उल्टो संरचना हुन्छ र त्यसैले यसलाई रिभर्स माइकेल भनिन्छ; यसको विपरीत, पानीमा बनेका माइकेलहरूलाई सामान्य माइकेल भनिन्छ। चित्र ४ ले गैर-जलीय घोलहरूमा सर्फ्याक्टेन्टहरूद्वारा बनाइएका रिभर्स माइकेलहरूको योजनाबद्ध मोडेल देखाउँछ। हालैका वर्षहरूमा, विशेष गरी हाइड्रोफिलिक औषधिहरूको एन्क्याप्सुलेशनको लागि, न्यानोस्केल औषधि वाहकहरूको संश्लेषण र तयारीमा रिभर्स माइकेलहरू व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ।