利用TD-NMR技术评估表面活性剂溶液中的相变

表面活性剂是两亲性分子，兼具亲水部分和疏水部分，它们被用来降低液体的表面张力。表面活性剂具有各种广泛用途，包括洗涤剂、便签、泡沫和强化采油技术等等。由于表面活性剂是一组具有多种不同结构的不同试剂，因此可以满足各种应用中差异极大的要求。

在为特定功能选择合适的表面活性剂时，溶解度是一个重要的考虑因素。此外，可能还会受到温度、pH值、浓度和存在的物种的影响。表面活性剂在加入助溶剂之前通常是不溶的。通过添加聚合物（如添加碳酸钠）或增加pH值，可以抵消表面活性剂的电荷。

当表面活性剂的浓度超过一定值，即临界胶束浓度（CMC）时，表面活性剂趋向于聚集成胶束。实际CMC取决于表面活性剂的结构及其离子强度。通过添加聚合物或通过盐或醇的污染，可以对其进行改性。

随着表面活性剂浓度增长到远远超出CMC，胶束的数量不断增加，而现有胶束并未变得更大。浓度的进一步增加导致胶束的聚集。研究人员采用各种技术来查明发生这些转变处的表面活性剂分子浓度。核磁共振（NMR）之所以优于其它技术，在于NMR可以同时区分所存在的不同物种，并测量各个物种的数量。

NMR已被成功用于检测低浓度表面活性剂溶液中的CMC。最近的研究表明，这项技术可以扩展到高浓度，从而检测出CMC以外的相变。

minispec mq20

研究人员选用具备温度控制和梯度场功能的布鲁克 minispec™ mq20 台式时域核磁共振波谱仪，在较大的表面活性剂浓度范围内，通过时域核磁共振（TD-NMR）波谱对表面活性剂的相特性进行了研究。

研究人员成功检测出了在较高浓度下的CMC和二次相变。在CMC两侧都观察到了线性关系，当初级相变发生时斜率出现明显变化。在较高的表面活性剂浓度下，高达CMC的90倍，NMR信号的变化有效地指示出涉及胶束形状或其它结构构型改变的二次相变。

动态光散射（DLS）和交叉偏光显微镜证实了NMR波谱显示的相变。在大多数情况下，用这些分析技术得到的结果，与表面活性剂溶液中的可见差异以及NMR波谱中检测出的变化相符。

这些最新发现表明，TD-NMR可用于检测二次相变。NMR数据可预测表面活性剂溶液的相变，这种变化得到粘度差异的支持。

参考文献：

• Reilly T, et al. Amphiphilic second-order phase transitions determined through NMR. Journal of Molecular Liquids 2018;268:647–657. 

  (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167732218306809)