Введение к работе
- з -
Актуальность темы. Одной из наиболее интенсивно развивающихся областей физики жидкого состояния является физика растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ). Отличительной особенностью ПАВ является то, что его молекулам энергетически выгодно находиться на поверхности раздела фаз. В объеме молекулы ПАВ могут образовывать различные агрегаты, например, сферические, цилиндрические мицеллы или бислои. При добавлении к раствору ПАВ третьего компонента он может солюбилизироваться мицеллами, что приводит к образованию микроэмульсии. Особый интерес представляет поведение мицеллярных и микроэмульсионных систем при приближении к точке расслоения раствора на две жидкие фазы. Некоторые ПАВ сложного строения, например, бромид дидодецилдиметиламмония (DDAB) и фосфолипиды, в водных растворах могут образовывать везикулы. Изучение везикулярных систем имеет дополнительный научный интерес в свяои с тем, что их структура очень похожа на структуру клеточных мембран.
Фотонная корреляционная спектроскопия (ФКС), как один из наиболее современных, точных и невозмущающих методов исследования жидких систем, широко используется в этой области. Этот метод позволяет измерить размер взвешенных частиц, вязкость раствора и другие его характеристики. Однако, при исследовании жидких систем на основе ПАВ методом ФКС постоянно приходится сталкиваться с ситуацией, когда в растворе существует не одно, а целый спектр характерных времен. Например, мицеллы имеют не строго одинаковый размер, а некоторое непрерывное распределение по размерам. Везикулярные системы являются полидисперсными в еще большей степени, чем мицеллярные.
Проблема полидисперсного анализа (извлечения распределения частиц по размерам из автокорреляционной функции рассеянного света, далее АКФ) возникла с началом распространения ФКС как метода определения размеров взвешеных частиц и до сих пор является актуальной. С одной стороны, на эту тему публикуются работы, использующие нетривиальную математическую технику и утверждающие, что задача решена. Приводятся примеры весьма хорошего восстановления распределений даже при очень плохой
_ 4 -точности данных. Производители фотонных корреляционных спек трометров оснащают свои приборы такими программами и, рекла мируя свои приборы, обяоательно подчеркивают, что их прибо] выдает распределение частиц по размерам. С другой стороны, ка ждый, кто пытался проверить эту возможность измеряя системы распределение частиц в которых известно, вскоре понимает, чті задавая различным образом параметры измерения и обработки можно для этой системы получить в результате весьма различны распределения.
Цель работы состояла в проведении систематических исследова ний ряда растворов ПАВ с помощью статического и динамическое рассеяния света. Основная цель работы включала в себя следующи частные задачи:
создание экспериментальной установки для исследования рассея ния света в растворах ПАВ и методики проведения акспериментої
теоретическое исследование зависимости точности восстановлє ния исходного распределения частиц по размерам от точности ис мерения автокорреляционной функции интенсивности рассеянног света,
исследование структуры рассеивателей в водном микроэмульсг онном растворе неионогенного ПАВ ПЭГ-600 монолаурат в заві симости от температуры и количества добавленного октана,
исследование линии просветления раствора мембранообразующ< го ПАВ DDAB.
Научная новизна проведенных исследований заключается в сл< дующем:
теоретически исследована зависимость точности восстановлени исходного распределения частиц по размерам от точности измер< ния автокорреляционной функции интенсивности рассеянного св< та и получены количественные оценки этой зависимости;
предложен новый метод исследования структуры рассеивателе в растворах, основанный на комбинации методов статического динамического рассеяния света;
экспериментально с помощью фотонной корреляционной спектрі скопии показано, что структура рассеивателей в растворе неионі генного ПАВ ПЭГ-600 монолаурат является промежуточной меж моделью жестких мицелл и критических флуктуации;
- 5 -- экспериментально с помощью фотонной корреляционной спектроскопии исследована линия просветления раствора мембранообразу-ющего ПАВ DDAB и показано, что в мутной фазе раствор является сильно полидисперсным. Подробно исследована окрестность линии просветления и показано, что зависимость интенсивности рассеяния от температуры около точки просветления плавная и не имеет излома.
Практическая ценность. Полученные теоретические оценки точности измерения автокорреляционной функции, необходимой для восстановления распределения частиц по размерам с заданной погрешностью, делают возможным широкое применение фотонной корреляционной спектроскопии для исследования сложных коллоидных систем. Полученные экспериментальные результаты имеют большую научную и практическую ценность для понимания процессов, происходящих в мицеллярных, микроэмульсионных и везикулярных системах.
Аппробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (Ленинград, 24-26 сент. 1986г.), международной конференции "Оптика-88" (Будапешт, 1988г.) а также на научных семинарах ИПНГ РАН и Госкомвуза (1986-1993 гг.),.
Публикации. По результатам работы опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитированной литературы и приложения. Материал диссертации изложен на 180 страницах, включая 127 стр. текста, 65 рисунков на 35 стр., 1 таблицу, и список цитированной литературы (149 наименований) на 17 стр.