6微小乳状液.docx

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6微小乳状液

实验六微小乳状液的制备和粒子大小的测定

【实验目的】

1.了解微小乳状液的制备条件和掌握制备微小乳状液的方法；

2.了解用激光颗粒分布测量仪粒子大小的原理和实验方法。

【实验原理】

1.微小乳状液的概念和制备

（1）微小乳状液

乳状液和微乳状液是分散体系中应用较广的两个体系。

微乳状液颗粒较小（d<0.1um）,可自发形成，是热力学稳定体系。

但它的缺点是表面活性剂用量大，而且体系用介质稀释时，微乳状液极易遭到破坏。

乳状液虽然表面活性剂用量少，但颗粒较大，是热力学不稳定体系。

其不稳定表现是：

①絮凝：

液滴互相接近时由于质点间范氏力作用而发生絮凝，但絮凝是可逆的，轻轻摇动，絮凝液滴可重新分散；②合并：

两个或多个液滴相互接近时发生液滴合并，或以絮凝液滴合并。

此过程如果继续，最后可导致体系分成油－水两层，乳状液完全破坏；③分层：

分散相和连续相由于密度不同而发生液滴下沉或上浮现象，其结果是液滴密集下层或上层，液滴在体系中分布不均匀。

关于液滴合并问题，已有大量合并工作。

现在解决这个问题的最好方法是采用乳化剂的复配（如用Tween型和Span型或离子性表面活性剂和高碳醇复配），在油水界面上形成强度较大的界面膜。

解决乳状液分层的关键是液滴大小，液滴变小，扩散作用增加。

液滴越小，扩散速度越大。

扩散作用是质点由不均匀分布到均匀分布。

因此，液滴直径变小到一定程度，由沉降作用造成体系的不均匀基本上可被扩散作用消除。

正因为如此，80年代初已经对微小乳状液（miniemulsion）开始感兴趣。

它的直径在0.1-0.5um之间，是介于微乳状液和一般乳状液之间的一种分散体系。

这种乳状液因颗粒较小，可较长时间放置而没有明显分层现象。

（2）微小乳状液的制备

①用离子性表面活性剂和高碳脂肪醇（醇中碳原子数在12－18之间）作混合乳化剂（离子性表面活性剂与高碳醇摩尔比在1:

1~1:

3之间），先将脂肪醇与离子性表面活性剂水溶液混合，在高于脂肪醇熔点温度搅动30～60min，然后再把油相加入水相进行乳化。

②可乳化油法:

先将两种表面活性剂溶于油相（要求表面活性剂既溶于水也溶于油或混合后可在油相中形成透明溶液，但混合表面活性剂的亲水性应强于亲油性），然后把油相滴入水相，轻轻摇动，油相在水相展开形成O/W型乳状液。

如果两种表面活性剂配比和表面活性剂在油相中浓度合适，形成的乳状液液珠直径可小于0.5um。

③反相法:

把一种亲油性表面活性剂（如Span型）和一种亲水性表面活性剂（如Tween型），按一定比例（此比例与油相性质和乳化温度有关）加入油相，放入恒温（乳化温度）水浴中加热，将水相逐滴加入油相，边加边用玻璃棒轻轻搅动。

开始溶液透明，水在油相的反胶团中加溶；随着水的加容量增加，油相成发蓝色乳化的透明溶液（可能是O/W型微乳状液）。

如果此时有液晶形成，则油相成粘稠状透明液体，继续加水，体系变成乳白色两相体系（如有液晶存在，此时体系黏度仍很大）；再继续加水，体系变成O/W型乳状液。

如果配方和乳化温度合适，可制出液珠直径,小于0.5um的微小乳状液，后两法均不用激烈的机械搅动，乳状液基本是自发形成。

本实验用第三种方法制备微小乳状液。

2.颗粒粒径的表示方法及简单测试原理

（1）颗粒粒径的表示方法

①对于自然界中粉体物料，通常都是包含各种不同粒径的颗粒的集合，即颗粒群。

如果在粉体中随机选取某一个颗粒，其粒径在某一范围内随机取值，但对于整个颗粒群，某一粒径或某一粒径范围内的颗粒在整个粉体中所占的比例是固定的，因此可以用统计学的方法来表示颗粒群的粒度分布，相应的指标称为频率分布和累积频率分布，粒度分布指标可以取个数、长度、面积或体积（重量）等4个参数之一作为基准。

②频率分布被测样品中某一粒径或某一粒径范围内的颗粒个数n（以个数为基准），与该样品的颗粒总数N之比称为该粒径或该粒径范围的频率分布f。

③累积分布频率分布是表示某一粒径或某一粒径范围内的颗粒在全部颗粒中占的百分比，而累积分布则表示小于（或大于）某一粒径的颗粒在全部颗粒中所占的比例。

④平均粒径除了采用粒度分布的方法表示粉体的粒度特征外，还可以采用一些具有某种含义的粒径值来描述这个粉体样品，这就是平均粒径。

a）中位径在累积分布曲线上累积频率为50％处所对应的粒径，也就是将样品两等分处所在的粒径值。

b）加权平均径加权平均径是根据颗粒群的某种几何特征推倒出来，并具有一定物理意义的推算粒径，故又称为物理平均径，常用的有面积平均径和质量平均径。

（2）简单测试原理

GSL-101BI激光颗粒分布测量仪是以物理学上富朗和菲衍射（Fraunhoferdiffraction）和米氏散射（Miescattering）为理论基础。

此理论可以简单理解为：

沿直线传播的平行激光束，在传播过程中遇到颗粒的遮挡后，发生了衍射和散射现象，并且大颗粒光散射角小，小颗粒散射角大。

见图1为单个颗粒形成的衍射图案，颗粒直径越大，中心亮环越小，颗粒直径越小，中心亮环越大。

如果能在不同角度上接受光能，对于相应的角度，其光能是对应直径的颗粒集合发生衍射（散射）造成的，相应其他角度上光能的强弱也就反应了对应直径颗粒在整个颗粒集合中占有的比例，根据在不同角度上接收的散射光强弱，，就可以反演出样品的颗粒分布及各粒级间相对含量。

a）b）

a）为大颗粒产生的图形；b）为小颗粒产生的图形

下图为GSL-101BI型激光颗粒分布测量仪光路系统：

【实验仪器及药品】

GSL-101BI激光颗粒分布测量仪，

快速天平，烧杯（50ml），玻璃棒，

Tween-80，Span-20,Span80,液体石蜡。

【实验步骤】

1.微小乳状液制备

将恒温水浴调至60℃。

在50ml烧杯中用快速天平称取Tween-800.29g,Span-800.29g,液体石蜡2.0g。

再在另一50ml烧杯中称取Tween-800.27g,Span-200.23g,液体石蜡2.0g。

将两个小烧杯放入恒温水浴中加热，用玻璃棒轻轻搅动，并向烧杯中滴加同温的蒸馏水，每加一滴，搅动至体系透明，继续滴加。

当体系由透明转为乳白时记下透明时体系的最大加水量。

再继续加水，直至水量加至7.5g，这时体系已成为O/W型乳状液，记下体系在制备过程中出现的现象，

2.液滴大小的测定

（1）样品池清洗

①将样品池原有的样品倒掉，用水龙头中直接放出的清水冲洗30秒；

②将样品池中加入清水和一定的洗洁剂，用毛刷清洗样品池的内部及表面；

③再用蒸馏水反复冲洗样品池，将残余的洗涤剂清洗干净。

（2）开机启动测试程序。

在开机前要确认所有系统的组成部分均已正确安装，并可靠接地。

开机顺序：

测量仪总电源→测量仪激光发生器电源→打印机电源→计算机主机电源。

关机顺序与开机顺序相反。

打开电源后，预热至少20分钟以上，达到仪器稳定工作状态止。

在Windows操作系统的桌面上建立了测量仪的测试程序图标，用鼠标左键双击此图标便可以启动测试程序。

（3）仪器测定。

将标准样品倒入样品池的2/3处，对仪器进行标定，使仪器的重复性、准确度均符合要求。

（4）将步骤1制好的样品小心盛入洗净的样品池的2/3处。

在正常情况下，试样浓度在计算机屏幕上显示的采样图形如下，屏幕图形柱状图为光电探测阵列对应通道上的测量电压值。

如图5所示为合适，如果采用图形中有红色的条柱出现如图6所示，则说明试样的浓度过高。

如果采样图形中出现过多的蓝色条柱，说明试样的制备浓度过低，如图4所示。

（5）样品分散。

将步骤1制好的样品用超声波机进行分散，使之达到分散稳定。

对同一个样品槽中的试样，连续进行测试，测量结果的Dv50参数应在仪器的重复性指标范围内，按被测样品Dv50平均值上下波动，而不会出现连续增大或连续减小的现象。

分散完毕后用柔软的、吸水性良好的滤纸或高档面巾纸将样品槽表面的水渍擦拭干净。

擦拭的时候，只能沿一个方向擦拭样品槽，以免划伤。

将擦拭完毕的样品槽放入仪器中。

（6）噪声扣除执行【本底噪声、悬浮液噪声测量（TheNoiseOfBackgroundOrSuspendingLiquidMeasure）】菜单。

并将测得的噪声值保存。

（7）测试执行【测试开始（BeginMeasure）】菜单。

执行本功能，输入参数，得出最后的测量结果。

在测试过程中，若屏幕显示制备好的试样浓度不合适时，执行【终止测试（TerminateMeasure）】菜单。

重新调制试样后再进行测试。

（8）输入参数。

执行【输入测量参数（Options）】菜单。

本菜单功能是输入测量过程中所需要的参数，如对试样的各种说明、分散方法、自定义分级；

执行【输入运行参数（InputRunningParameters）】菜单。

（9）定义粒度分级。

执行【输入用户定义分级（InputDefiniensGradeofTheUser）】菜单。

执行输入用户定义分级功能后，出现10图所示意的对话框，可以根据需要输入相应的粒级。

输入的粒级一次最多为15级，在输入时，要按照由小到大的顺序输入，最大粒级不能超过390微米。

在用户输入了自定义粒级后，则测试报告中自定义粒级结果按照用户输入的粒级给出，否则按照测试程序设定的缺省值给出。

（10）保存结果。

执行【保存（Save）】菜单，将测量结果保存在所选定的存储介质目录中。

（11）打印结果。

执行【打印（Print）】菜单

打印测试报告单，可以直接打印本次测量结果报告单，也可以将以前保存的测量结果从外部存储介质上调入计算机内存供打印。

（12）实验完毕，清洗样品池，将仪器复原，打扫卫生。

【实验数据记录】

【实验数据处理】

1．实验现象记录

体系60℃

Tween-800.29g

Span-800.29g

液体石蜡2g

Tween-800.27g

Span-200.23g

液体石蜡2g

实验

现象

记录

往体系中逐滴加入水，每加一滴均会出现微乳白色的现象，震荡后消失，直到滴加15滴水后震荡不在澄清，迅速加7.5g水，得到乳白色的O/W的乳状液。

往体系中逐滴加入水，每加一滴均会出现微乳白色的现象，震荡后消失，直到滴加9滴水后震荡不在澄清，迅速加7.5g水，得到乳白色的O/W的乳状液。

2．实验数据分析

从粒度分析报告可以得知，Tween-80+Span-20+液体石蜡体系的乳液粒径主要分布在2.00-5.00μm，在5.00-10.00μm累积峰达到99.91%，。

Tween-80+Span-80+液体石蜡体系的乳液粒径也主要分布在2.00-5.00μm，在5.00-10.00μm累积峰达到99.95%；

3．根据实验结果和实验现象，讨论微小乳状液的形成条件

通过实验结果分析和实验现象的观察，微小乳状液的形成条件主要有以下几个方面：

（1）水的加入方式对乳液粒子的大小影响很大，采用多次加入水的方式，加水的注意事项为：

①一开始加入过多的水，易形成W/O型的乳液，粘度过高附着在玻璃棒上，造成后来搅拌不匀，或乳液直接由W/O变为O/W不经过O/D液晶相的过程；

②W/O微乳液形成后应快速加水，加水速度过慢，会因转相前乳液粘度过高，使乳化蜡分散不匀；

（2）乳化时间控制

乳液粒径开始时随乳化时间延长而变小，但一定时间后粒径不变化，说明单靠延长时间是不能提高乳化质量；

（3）搅拌方式、速度对乳化质量的影响

速度过低，搅拌不充分，不能很好的乳化；速度过大，则易往乳液中加入气泡；

（4）适宜的配方

随着温度升高，体系的电导率逐渐增大，这是由于温度升高使界面膜处的表面活性剂分子及分子运动加剧，使体系胶束不稳定。