季铵盐型双子表面活性剂16-4-16聚集状态的NMR研究

核磁共振弛豫，自扩散以及2D NOESY谱研究结果表明：双子表面活性剂16-4-16溶液在形成胶束的过程中，联结基团及其邻近的碳氢链质子形成胶束的壳层，而距离离子头较远的疏水质子位于胶束的内部. 与对应的单链的表面活性剂CTAB相比，其分子运动更受限制. 2D NOESY谱显示联接基团及临近的碳氢链的质子间有较强的交叉峰，表明形成胶束时，分子在联结基团附近堆积的较为紧密. 由2D NOESY谱计算得到的质子间距与HYPERCHEM模拟值有偏差，表明这些强交叉峰是分子间相互作用的结果，并且对应质子对在双子表面活性剂16-4-16分子中位于邻近的区域. 因此我们推测，双子表面活性剂16-4-16分子在球形胶束中形成特殊的排列方式.     

表面活性剂全氟庚酸和全氟辛酸的19F NMR研究

测定了全氟庚酸(PFHA)和全氟辛酸(PFOA)在三氟三氯乙烷或正戊醇溶液中的不同浓度的¹⁹F NMR 化学位移并归属了谱图. 研究了活性剂浓度对化学位移影响的机理和对不同核的不同影响. 由化学位移δ值对浓度倒数作图,可求得活性剂的临界胶束浓度（cmc）：全氟庚酸：0.0195 mol/L (戊醇溶剂)和0.0406 mol/L（三氟三氯乙烷溶剂）;全氟辛酸：0.0547 mol/L（戊醇溶剂）. 用计算模拟法使δ对浓度倒数作图同实验数据作图相比较,可推测得全氟辛酸戊醇溶液的单体分子与胶束大分子的平衡常数为K=21（mol/L）^-(n-1)和胶束聚集数n=3.9.     

KE型染料与Gemini阳离子表面活性剂T122的光谱研究

在室温(25℃)下,通过紫外-可见光谱法及稳态荧光法分别测定了Gemini型阳离子表面活性剂T122和传统阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与三种KE型活性染料相互作用后的临界胶束浓度(CMC),并对二者作用的机理进行了初步分析。实验结果表明,两种方法测出的CMC值基本吻合;KE型染料的加入都能使阳离子表面活性剂的CMC值有所提高;如染料黄KE-4R的加入使表面活性剂T122的CMC增至不加染料前的7.0倍,而CTAB的CMC值增加至原来的1.5倍;带有双亲分子结构的表面活性剂T122的性能要明显优于传统表面活性剂CTAB。     

单链和gemini表面活性剂的NMR研究

应用核磁共振技术,对几种典型的表面活性剂在水溶液中的聚集行为、结构特征、动力学特性和相互作用等进行了研究. 
利用1D ¹H NMR方法测得4-癸基萘磺酸钠（SDNS）在313 K温度时的临界胶束浓度（CMC）在0.82~0.92 mmol/L之间,与报道的298 K时的CMC范围相同. 弛豫时间和2D NOESY实验结果表明,与298 K时的SDNS胶束相比,313 K温度时,SDNS胶束中烷烃链排列得更紧密,其中与萘环相连的第一和第二个亚甲基参与了胶束紧密层的形成,更紧密地堆积在萘环之间. SDNS质子T₂值随温度的变化表明,在单体和胶束两种状态下,质子运动对温度的敏感性明显不同. 由自扩散系数分析得到,SDNS胶束的水合半径约为其单体水合半径的5.3倍. 而在十二烷基磺酸钠（SDSN）胶束中,由于静电排斥力的作用,在同样温度下SDSN的胶束紧密层排列比SDNS更疏松. 
NMR实验表明,在SDNS/Triton X-100 (TX-100)和SDNS/SDSN体系中形成了混合胶束. 在SDNS/TX-100混合胶束中,TX-100的苯环靠近SDNS的烷烃链,而它的聚烷氧链除与苯环相连的第一个乙氧基基团以外都被限制在SDNS的萘环附近. 在SDNS/SDSN混合胶束中,SDSN的磺酸基比SDNS分子更靠近胶束内部. 而SDNS的萘环将SDSN的磺酸基分隔开,在降低带负电荷的磺酸基极性头之间的静电排斥力中起到了积极的作用,有助于混合胶束的形成.
从自扩散系数、横向弛豫和质子距离等NMR测定参数推测,在浓度为0.26 mmol/L（318 K）的N,N′-双(十六烷基二甲基)-α,ω-丙烷溴化铵(16-3-16)溶液中形成了近似球形的胶束,胶束表面的带正电荷的铵基极性头呈锯齿状排列以减弱分子间静电排斥力的影响. 弛豫时间测定表明,与N,N′-双(十六烷基二甲基)-α,ω-丁烷溴化铵(16-4-16)相比,16-3-16在胶束表面的spacer链段更僵硬, 在胶束核区的烷烃侧链排列的更紧密. NMR共振峰的线形分析表明,16-3-16和16-4-16侧链末端的甲基在胶束中位于两个不同的位置.      

表面活性剂在水溶液中聚集状态的1H NMR研究

表面活性剂在水溶液中的自扩散系数,¹H化学位移和自旋晶格弛豫的NMR测量表明,上述参数随表面活性剂浓度而变化,并在某一浓度开始有转折点.这一转折点恰好对应着各自的临界胶团浓度.表面活性剂分子的不同基团的质子化学位移随其浓度变化幅度的不同提供胶团形成的分子水平描述.     

表面活性剂及水溶性功能高分子的NMR研究

核磁共振（NMR）技术是研究表面活性剂在溶液中聚集状态的一种非常有用的工具,本文运用多种NMR技术研究了几种不同类型表面活性剂及水溶性功能高分子在水溶液中的聚集行为： 1. 季铵盐型双子表面活性剂16-4-16的聚集行为季铵盐型双子表面活性剂N,N′-双(十六烷基二甲基)-α,ω-丁烷溴化铵(16-4-16)分子中联接基团及靠近离子头的质子位于胶束的壳层, 运动受到一定限制. 而距离离子头较远的烷烃链位于胶束的内部,运动相对自由. 与对应的单链表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)相比,16-4-16形成的胶束堆积更为紧密. 通过NOESY谱中交叉峰强度的定量计算,认为16-4-16在胶束中分子以上下交错排列的方式形成球形聚集体.  2. 脱氧胆酸钠与十六烷基三甲基溴化铵的相互作用在脱氧胆酸钠(NaDC)溶液中,NaDC质子H3与其他质子不同,其横向弛豫时间(T₂)表现为双指数衰减,表明此质子可能存在两种不同的状态. 实验证明,其它胆酸盐的H3的横向弛豫也呈现双指数衰减. 因此推测在胆酸盐的稀溶液中,3-OH质子和羰基氧之间有可能存在氢键作用,形成了头尾相连的分子对结构.  在NaDC和CTAB的混合溶液中,两者形成1∶1的混合胶束. 用NOESY和ROESY研究混合胶束的结构,显示CTAB的离子头位于NaDC的羧酸基团附近. 这可能是正负离子之间的静电性相互作用的结果.  3. 丙烯酰胺/丙烯酸模板共聚物的微结构研究了不同pH值条件下,丙烯酰胺和丙烯酸共聚物分子在水溶液中的聚集形态. 在酸性溶液中,分子内的氢键致使聚集体形成较为紧密的堆积,侧链的苯氧基团运动受阻;随着溶液pH值的增大,丙烯酸电离产生的阴离子使得分子间的静电斥力增大,分子链变得伸展,分子间的氢键作用导致了聚集体体积变大. 当溶液呈强碱性,丙烯酸完全电离,氢键作用力被破坏,分子呈现自由伸展的状态,侧链的苯氧基团运动相对自由.     

利用1H NMR探究混合离子型/非离子型表面活性剂临界胶束浓度降低的实质

利用¹H NMR技术研究了离子/非离子表面活性剂形成的二元混合体系,结果显示表面活性剂的混合导致各组分的临界胶束浓度（CMC）均比各自纯溶液有所降低,用吸附平衡理论清楚地解释了这个现象.通过定量分析,发现不同的表面活性剂混合使得其组分CMC降低的程度各异,可以理解为它们吸附于界面单分子吸附层上的分子之间相互作用的不同（相吸或相斥）引起的.由此揭示了"协同效应"的实质,可以为选择适当的表面活性剂类型和混合比例以达到预期的性能提供有力的参考.     

微波合成新型三联阳离子表面活性剂及其性能测定

以溴代十二烷和五甲基二乙烯三胺为原料,用微波辐射合成了新型三联季铵盐阳离子表面活性剂,探索了合成低聚表面活性剂的新途径,结果表明:最佳工艺条件为在98℃下,以正丙醇为溶剂,叔胺与溴代十二烷的mol比为2:5;反应8min结束.并对产物进行了化学分析、核磁共振氢谱、红外光谱表征,测定了产物水溶液的CMC值为0.06mmol/L及最低表面张力为38.4mN/m.     

表面活性剂SDS/TX-100混合体系的NMR研究

用NMR测量了不同比例的SDS/TX-100混合溶液中质子化学位移,结合表面活性剂溶液的两态交换模型,分析了质子化学位移随浓度的变化趋势, 求出了不同比例混合溶液中两种表面活性剂各自的临界胶束浓度及混合胶束的临界胶束浓度. 依据理想混合溶液理论,预测了混合胶束的临界胶束浓度,计算了溶液中SDS与TX-100之间的相互作用参数和SDS在混合胶束中的摩尔分数. 根据所得参数讨论了混合胶束的形成过程. 利用文中和文献中混合体系的实验数据验证了协同作用理论改进前后的适用性,表明改进后的协同作用理论完善一些.     

表面活性剂单体引起的细胞膜失稳

表面活性剂常用于细胞裂解、脂质体外排与膜组分搜集等.但在临界成胶束浓度以下,它如何以单体状态与生物膜作用的机制与调控仍存在很多疑问.本文研究了表面活性剂带电性对膜失稳的影响.石英电子微天平检测发现非离子型Triton X-100产生了最显著的磷脂膜结构三维再组装.荧光显微观测表明膜表面生成了非稳的出芽微泡,在机械扰动下可发生解离.该表面活性剂溶液环境中的体外细胞也出现了活力丧失.但是,离子型CTAB与SDS却无法触发相似的膜失稳与细胞失活效应.分析认为,由于不存在后两者体系中的单体间静电排斥, Triton X-100更易高效地插入生物膜,从而诱导膜结构再组装.研究深化了表面活性剂与生物膜作用机制的理解,对表面活性剂在生物医药、膜组分萃取等领域的深化应用提供了指导与帮助.     

基于NMR自旋弛豫技术的蛋白质动力学研究

蛋白质的三维结构在很多情况下不能很好地解释其在生理过程中的作用机制. 动力学研究能够获悉蛋白质在不同时间尺度下的内运动信息,建立起动态结构和生物功能的联系. 该文综述了通过NMR自旋弛豫技术研究蛋白质动力学的原理和方法：ps~ns的快运动分析主要采用约化谱密度函数映射和Modelfree方法;μs~ms的慢运动涉及化学/构象交换过程,常借助CPMG和R_1ρ弛豫色散手段. 基于NMR的蛋白质动力学研究,将蛋白质科学从三维空间结构推进到四维时空结构的新层面.     

二元混合体系Gemini表面活性剂G12-6-12和CTAB相互作用的NMR研究

运用NMR方法探讨了298 K时N,N'-双(十二烷基二甲基)-1,6-己烷溴化铵(G12-6-12)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在D₂O溶液中的相互作用. 测得G12-6-12和CTAB的临界胶束浓度cmc值分别约为0.773和0.668 mmol/L. 在不同G12-6-12摩尔分数下,混合体系的临界胶束浓度实验值cmc_*小于理想值CMC^*,相互作用参数β_M<0,但是当α≤0.3时,cmc^*比CMC^*小很多,同时 满足|β_M|>ln(cmc₁/cmc₂)条件. 表明G12-6-12和CTAB之间存在协同效应,可以形成混合胶束,在2D NOESY谱中可以看到G12-6-12与CTAB分子间的交叉峰,扩散实验也表明混合溶液中的胶束半径比纯溶液中的G12-6-12胶束半径大,都预示混合胶束的形成. 当α>0.3 时,cmc^*≈CMC^*,β_M≈0, 根据假相分离模型和规则溶液理论,G12-6-12和CTAB近似于理想混合.     

聚酰胺66溶液弛豫行为的NMR研究

用1D和2D NMR技术归属了聚酰胺66的1H和13C的NMR共振信号,并通过聚酰胺66溶液温度和浓度改变对氢核弛豫时间的影响,得到了其分子运动信息.结果表明随着温度的升高,聚酰胺66链间氢键逐渐解离,大分子链间相互作用逐渐减弱.而解离出来的链段又与溶剂小分子可以形成新的氢键,使聚酰胺66链卷曲并包含着部分溶剂分子一起运动.随着溶液浓度的增大,由于分子链间距变小,使得分子间作用力增强,链缠结程度加大,使链运动受限.     

Molecular Dynamics of Alkenylphenol Derivatives in Solution as Studied by NMR Spectroscopy

The formation of hydrogen bonds and molecular dynamics of alkenylphenol derivatives has been investigated in solution using nuclear magnetic resonance. The results confirm formation of an N···H, O···H-type intramolecular hydrogen bond. The spin–lattice relaxation times (T ₁) and activation energy of molecular dynamics have been investigated confirming the importance of relaxation times as a very sensitive tool for studying molecular mobility.     

Electric Spectra Study of Tetra-Hydrophenyl Porphyrin with Two Hexadecyl Chains in CTAB Micelle Aqueous Solutions

Abstract

UV-visible and fluorescence spectral studies shows that tetra-hydrophenyl porphyrin with two hexadecyl chains (P₂) could be solubilized in CTAB micelle, and that the hydrophilic ability of P2 increases with increasing bulk pH. The change in bulk pH lead to the changing of the solubilizing location of P₂ in the CTAB micelle. In neutral (pH 6.88) conditions, the hydrophilic head group of P₂ readily locates in the stern layer of CTAB micelle. However, the solubilizing location of P₂ takes a location change to the outer surface of the CTAB micelle with the bulk pH increasing up to 11.41. Furthermore, the CTAB micelle could provide a strong basic microenvironment (like 1.5 mol dm^?3 NaOH aqueous solution) to P₂ in mild basic conditions; resulting in the deprotonation of the pyrrole nitrogen of the porphyrin moiety in a mile basic CTAB micelle solution.     

正十二烷基硫酸钠在聚丙烯酰胺溶液中聚集的1H NMR研究

利用核磁共振自旋-晶格弛豫时间（T₁）、自旋-自旋弛豫时间（T₂）、自扩散系数（D）以及二维核Overhause增强谱（2D NOESY）技术研究了表面活性剂正十二烷基硫酸钠（SDS）在聚丙烯酰胺（PAM）浓度固定为10 g/L水溶液中的聚集. 结合与SDS水溶液体系核磁共振实验数据比较,得到了如下信息：（1） 当溶液中有PAM存在时,SDS分子的运动性下降,临界聚集浓度提前;（2） 随着SDS浓度的增加,PAM分子的自扩散性能下降,同时分子链的柔软性也下降了;（3） 2D NOESY谱结果表明,PAM与SDS分子间未发生直接的缔合作用.     

全原子分子动力学模拟结合核磁共振波谱研究N-甘氨酰甘氨酸水溶液的结构和弱相互作用

采用分子动力学模拟方法结合核磁共振化学位移系统研究了甘氨酰甘氨酸水溶液体系饱和溶解度范围的弱相互作用. 径向分布函数表明体系中不同类型的原子显示出形成氢键的不同能力. 氢键网络分析发现了不同氢键所能形成的分子簇结构. 随温度变化核磁共振化学位移值用于研究形成氢键的变化情况,并和模拟得到的结果进行比较,模拟和实验结果得到了较好的吻合.     

岩心孔隙介质中流体的核磁共振弛豫

弛豫时间是核磁共振研究中的一个重要参数,岩心孔隙介质流体的弛豫过程是自由流体弛豫机制、表面弛豫机制和流体的扩散弛豫机制共同作用的结果,它包含了丰富的孔隙和流体本身的信息. 弛豫时间和自扩散系数的测量及对弛豫时间的分析是核磁共振技术应用于岩心分析和石油勘测的重要内容.