1、.1油田化學品部2017年3月.2匯報提綱匯報提綱概述膠束的形態表征方法 動態光散射；電子顯微鏡；原子力顯微鏡；核磁共振結語.3概概 述述膠束和分子有序組合體膠束和分子有序組合體熵增所支配熵增所支配膠束、反膠束、囊泡、液晶、微乳膠束、反膠束、囊泡、液晶、微乳.4概概 述述膠束的定義膠束的定義 表面活性劑溶于水中，當其濃度較低時呈單分子表面活性劑溶于水中，當其濃度較低時呈單分子分散或被吸附在溶液的表面上而降低表面張力。當表分散或被吸附在溶液的表面上而降低表面張力。當表面活性劑的濃度增加至溶液表面已經飽和而不能再吸面活性劑的濃度增加至溶液表面已經飽和而不能再吸附時，表面活性劑的分子即開始轉入溶液內

2、部，由于附時，表面活性劑的分子即開始轉入溶液內部，由于表面活性劑分子的疏水部分與水的親和力較小，而疏表面活性劑分子的疏水部分與水的親和力較小，而疏水部分之間的吸引力較大，當達到一定濃度時，許多水部分之間的吸引力較大，當達到一定濃度時，許多表面活性劑分子（一般表面活性劑分子（一般5050150150個）的疏水部分便相個）的疏水部分便相互吸引，締合在一起，形成締合體，這種締合體稱為互吸引，締合在一起，形成締合體，這種締合體稱為膠團或膠束。膠團或膠束。.5膠束的作用膠束的作用概概 述述去污去污增溶增溶表面或界面張力降低表面或界面張力降低催化劑催化劑藥物載體藥物載體.6概概 述述膠束的驅油膠束的驅油.

3、7 膠束的形狀可呈球狀、層狀、棒狀，其尺寸大小在膠束的形狀可呈球狀、層狀、棒狀，其尺寸大小在1nm-1000nm之間，這樣的系統是均相的、熱力學穩定系統，把它稱之間，這樣的系統是均相的、熱力學穩定系統，把它稱為締合膠束溶液或稱為膠束電解質溶液，是膠體分散系統的重要為締合膠束溶液或稱為膠束電解質溶液，是膠體分散系統的重要組成部分。組成部分。 膠束的形態膠束的形態概概 述述.8概概 述述囊泡、液晶囊泡、液晶30100nm左右左右也有大到也有大到10m理論上可能形成理論上可能形成18種種水體系中實際只有水體系中實際只有3種種.9概概 述述影響分子有序組合體大小和形狀的因素影響分子有序組合體大小和形狀

4、的因素表面活性劑結構濃度溫度無機電解質其它.10IsraelchviliIsraelchvili提出了提出了臨界堆積參數臨界堆積參數P P的概念，用的概念，用來說明分子形狀對自組裝體形狀的影響。來說明分子形狀對自組裝體形狀的影響。P P的計的計算公式如下：算公式如下： claVp0概概 述述結構對分子有序組合體形狀的因素結構對分子有序組合體形狀的因素V：表面活性劑疏水鏈體積l： 疏水基最大伸展長度：親水基橫截面積.11概概 述述膠束的形態膠束的形態.12概概 述述膠束的形態膠束的形態.13偏光顯微鏡；偏光顯微鏡；負染色透射電子顯微鏡；負染色透射電子顯微鏡；低溫透射電子顯微鏡（低溫透射電子顯微鏡

5、（Cryo-TEMCryo-TEM）；）；冷凍刻蝕電子顯微鏡（冷凍刻蝕電子顯微鏡（ FF-SEM FF-SEM 、FF-TEMFF-TEM）；）；直接直接表征方法表征方法間接間接各種波段的光；各種波段的光；x x衍射；中子散射；熒光淬滅；衍射；中子散射；熒光淬滅；核磁共振核磁共振.14最直觀的觀察最直觀的觀察顯微鏡顯微鏡光學顯微鏡光學顯微鏡 偏光顯微鏡(POL); 微分干擾顯微鏡(DIC); 熒光顯微鏡; 電子顯微鏡電子顯微鏡 掃描、透射、冷凍、冷凍刻蝕原子力顯微鏡原子力顯微鏡.15 m nmSpheruliteStacked lamellar structure in a spherulit

6、eCrystal structureFolded chains packed in a crystalline lamellae人眼光學顯微鏡透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡掃描探針顯微鏡0.2mm 200nm 1nm 0.2nm o.1nm 0.01nm顯微鏡觀察范圍顯微鏡觀察范圍.16 r 分辨率分辨率 與與成正比成正比 r小，分辨率越高 對可見光：取對可見光：取=600nm r=200nm 電子束：電子束： =0.03880.00087nm r=0.1nm)(sin61.0nmnr分辨率（分辨能力、分辨本領）：一個光學系統能分開兩個分辨率（分辨能力、分辨本領）：一個光學系統能分開兩個物點的能

7、力，數值上是剛能（清楚地）分開兩個物點間物點的能力，數值上是剛能（清楚地）分開兩個物點間的最小距離。的最小距離。 阿貝公式：阿貝公式：顯微鏡的分辨率顯微鏡的分辨率.17有偏光和無偏光過濾下的5 mmol/L甘露糖赤蘚糖醇酯癸烷溶液的光學照片 Journal of Oleo Science，2012，61( 5) : 285-289DIC:differential interference contrast microscopePOL:Polarizing microscope光學顯微鏡光學顯微鏡.18共聚焦熒光顯微鏡圖像Langmuir，2010，26( 19) : 15210-15218熒光

8、顯微鏡圖像光學顯微鏡光學顯微鏡.19 主要是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態，即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過電子束與樣品的相互作用產生各種效應，其中主要是樣品的二次電子發射。二次電子能夠產生樣品表面放大的形貌像。 把經加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件（如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件）上顯示出來。掃描掃描透射透射電子顯微鏡電子顯微鏡.20冷凍透射電子顯微鏡 (Cryo-TEM)(Cryo-TEM)冷凍掃描電子顯微鏡 (Cryo-

9、SEM) (Cryo-SEM)冷凍刻蝕電子顯微鏡 (FEE-TEM) (FEE-TEM)Vitrobot Mark IV超低溫快速冷凍，保持膠束的原始超低溫快速冷凍，保持膠束的原始形態和特征形態和特征冷凍電子顯微鏡冷凍電子顯微鏡.21冷凍制樣技術是一種物理制樣技術，用超低溫快速冷凍冷凍制樣技術是一種物理制樣技術，用超低溫快速冷凍的處理方法，代替常規的化學處理的處理方法，代替常規的化學處理。三、冷凍制樣的核心技三、冷凍制樣的核心技術：術：快速冷凍快速冷凍二、冷凍制樣的內容二、冷凍制樣的內容冷凍固定冷凍固定冷凍干燥冷凍干燥冷凍超薄切片冷凍超薄切片冷凍斷裂、復型冷凍斷裂、復型四、優點四、優點： 能保

10、持原始狀態特征能保持原始狀態特征一、冷凍制樣：一、冷凍制樣：冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.22r冰可以多種物理狀態存在冰可以多種物理狀態存在六角形冰六角形冰立方體冰立方體冰玻璃態冰玻璃態冰r玻璃態冰是一種無定形狀態玻璃態冰是一種無定形狀態保持生物分子的天然結構保持生物分子的天然結構提供生物分子所需的水分提供生物分子所需的水分r冰的物理狀態與水的冷凍速率有關冰的物理狀態與水的冷凍速率有關在極高的冷凍速率（在極高的冷凍速率（104 C/s)，水形成玻璃態的冰，水形成玻璃態的冰冰的物理狀態冰的物理狀態冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.23r將樣品快速的冷凍在玻璃態的冰中將樣品快速的冷凍在玻璃態的

11、冰中r優點：優點：樣品含水樣品含水天然狀態天然狀態結構與在溶液中相同結構與在溶液中相同 真實結構真實結構分辨率高，分辨率高，0.2 nm結構是高分辨的、保真的結構！結構是高分辨的、保真的結構！冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.242、冷凍固定三要素：、冷凍固定三要素：冷凍速度、溫度和細胞質濃度冷凍速度、溫度和細胞質濃度1、概念：在制冷劑的作用下使樣品快速凍結、硬化，從而保持樣品原有、概念：在制冷劑的作用下使樣品快速凍結、硬化，從而保持樣品原有的超微結構和化學成分，改善某些物理性質，便于后續處理或觀察。的超微結構和化學成分，改善某些物理性質，便于后續處理或觀察。冷凍速度：大于冷凍速度：大于780

12、0/秒，形成的冰晶小于秒，形成的冰晶小于20nm。溫度：低于再結晶點（溫度：低于再結晶點（ -160 ）細胞質的濃度細胞質的濃度：濃度高則溫差小，不易凍傷。濃度高則溫差小，不易凍傷。冷凍固定冷凍固定冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.25新鮮新鮮樣品樣品戊二醛戊二醛 固定固定保護劑保護劑 處理處理冷凍冷凍固定固定 預冷預冷樣品室樣品室 冷凍干燥冷凍干燥 或切片或切片（1）液氮直接冷凍法）液氮直接冷凍法：（2）中間冷媒法：速率高）中間冷媒法：速率高小塊樣品用一滴保護劑粘在樣品頭上，小塊樣品用一滴保護劑粘在樣品頭上，迅速投入迅速投入液氮中冷凍固定。液氮中冷凍固定。液氮預冷金屬杯液氮預冷金屬杯杯內注入

13、丙烷杯內注入丙烷樣品投入丙烷中冷凍樣品投入丙烷中冷凍1.冷凍固定的基本流程冷凍固定的基本流程：2.方法方法：液氮金屬杯丙烷丙烷冷凍固定冷凍固定冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.26ethaneliquid nitrogengridforcepsHelen Saibil冷凍固定冷凍固定冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.271.新鮮樣品直接冷凍干燥法：新鮮樣品直接冷凍干燥法：鮮樣粘鮮樣粘在銅片在銅片冷凍冷凍固定固定 真空真空干燥器干燥器回回溫溫常規常規包埋包埋導電導電處理處理TEMSEM預冷卻預冷卻-80 2.有機溶劑取代的冷凍干燥法有機溶劑取代的冷凍干燥法：常規常規固定固定脫水脫水100%乙醚乙

14、醚冷冷凍凍真空真空干燥干燥回回溫溫后續后續處理處理冷凍干燥的方法冷凍干燥的方法冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.28一、類型一、類型直接冷凍固定直接冷凍固定：橡膠、塑料等彈性材料和高分子材料，橡膠、塑料等彈性材料和高分子材料， 生物材料進行生物材料進行X射線微區分析射線微區分析醛固定、冷凍保護：形態研究、細胞化學、免疫化學醛固定、冷凍保護：形態研究、細胞化學、免疫化學二、制作流程二、制作流程：取取材材醛類醛類固定固定保護保護處理處理冷凍冷凍固定固定超薄超薄切片切片染色染色鏡檢鏡檢五字五字原則原則pH值值/滲透壓滲透壓溫度溫度/時間時間持續持續-140 回溫后回溫后 進行進行冷凍超薄切片冷凍超薄

15、切片冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.29冷凍斷裂復型技術冷凍斷裂復型技術冷凍蝕刻透射電鏡（冷凍蝕刻透射電鏡（EF-TEM）1.冷凍斷裂復型技術冷凍斷裂復型技術： 新鮮樣品通過冷凍斷裂，將斷面制成可以反映樣品形態的復新鮮樣品通過冷凍斷裂，將斷面制成可以反映樣品形態的復型膜，以便在透射電鏡下觀察的制樣技術型膜，以便在透射電鏡下觀察的制樣技術。2.特點：特點：避免化學處理損傷，能更好地保存細胞生活狀態；避免化學處理損傷，能更好地保存細胞生活狀態；能顯示細胞劈裂面的超微結構，分辨率較高；能顯示細胞劈裂面的超微結構，分辨率較高；圖像立體感強；圖像立體感強；由鉑由鉑,碳制成的復型膜，耐受電子束轟擊，易于

16、長期保存碳制成的復型膜，耐受電子束轟擊，易于長期保存；操作簡單，樣品制備周期短（與超薄切片比較操作簡單，樣品制備周期短（與超薄切片比較）冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.30預處理預處理/ /冷凍固定冷凍固定樣品斷裂樣品斷裂/ /暴露觀察面暴露觀察面離子蝕刻離子蝕刻/ /表面冰升華表面冰升華噴鍍復型膜噴鍍復型膜/ /碳、鉑金碳、鉑金分離復型膜分離復型膜/ /網撈網撈冷凍斷裂復型技術圖示流程冷凍斷裂復型技術圖示流程冷凍制樣技術概述冷凍制樣技術概述.31冷凍燭刻透射電鏡觀察（冷凍燭刻透射電鏡觀察（FF-TEM）制樣過程制樣過程 用滴管吸取少量溶液滴在銅質樣品臺上形用滴管吸取少量溶液滴在銅質樣品臺上

17、形成鼓包，然后將樣品迅速插入到液氮冷卻的液成鼓包，然后將樣品迅速插入到液氮冷卻的液態乙烷中，使樣品冷凍玻璃化。樣品的刻蝕和態乙烷中，使樣品冷凍玻璃化。樣品的刻蝕和復型通過冷凍蝕刻制樣臺（復型通過冷凍蝕刻制樣臺（EM BAF060，Leica，德國）完成。將樣品轉移到制樣臺的，德國）完成。將樣品轉移到制樣臺的樣品腔中，腔體溫度通過液氮氣流控制在樣品腔中，腔體溫度通過液氮氣流控制在-150，真空度達，真空度達310-7Pa。樣品溫度與腔體。樣品溫度與腔體溫度平衡后，通過硬金屬刀斷裂樣品鼓包，調溫度平衡后，通過硬金屬刀斷裂樣品鼓包，調節溫度使樣品表面冰層經過短暫燭刻后，先將節溫度使樣品表面冰層經過短

18、暫燭刻后，先將以以Pt/C以以45o角噴射到樣品表面對樣品結構進角噴射到樣品表面對樣品結構進行復型，再將行復型，再將C以以90o角電噴濺到樣品表面以承角電噴濺到樣品表面以承載和強化復型膜。將復型膜浸洗下來轉移到裸載和強化復型膜。將復型膜浸洗下來轉移到裸銅網上瞭干，通過銅網上瞭干，通過JEOL JEM-1400電鏡觀察電鏡觀察。董人豪董人豪 山東大學博士論文山東大學博士論文 .32低溫透射電鏡觀察（低溫透射電鏡觀察（cryo-TEM）制樣過程制樣過程董人豪董人豪 山東大學博士論文山東大學博士論文 樣品制備是在環境可控的低溫制樣裝置內樣品制備是在環境可控的低溫制樣裝置內Cryoplunge TM3

19、內進行，環境溫度控制在內進行，環境溫度控制在 25 ，Cp3腔體內相對濕度腔體內相對濕度大于大于90%。制樣過程如下：用鑷子夾住微柵輸送到。制樣過程如下：用鑷子夾住微柵輸送到Cp3腔體腔體中，用移液槍移取中，用移液槍移取1ul樣品溶液粘到微柵上，通過樣品溶液粘到微柵上，通過Cp3兩側兩側的濾紙拍打樣品，對微柵表面液滴進行減薄以獲得極薄的的濾紙拍打樣品，對微柵表面液滴進行減薄以獲得極薄的一一層液膜。隨后將樣品快速插入到液氮冷卻的液態乙烷中（層液膜。隨后將樣品快速插入到液氮冷卻的液態乙烷中（-165 ）。冷凍后的樣品通過）。冷凍后的樣品通過Gatan626樣品桿轉移到透射樣品桿轉移到透射電鏡樣品腔

20、中，進行觀察。電鏡樣品腔中，進行觀察。.33低溫透射電鏡觀察（低溫透射電鏡觀察（cryo-TEM）液態乙烷和液態丙烷液態乙烷和液態丙烷丙烷熔點()-187.6沸點()-42.09飽和蒸氣壓(kPa)53.32閃點()-104乙烷熔點()-183.3沸點()-88.6飽和蒸氣壓(kPa)53.32(-99.7)閃點()-50.34a La L3 3- -相（海綿相）模型相（海綿相）模型；b b 溶液的溶液的FF-TEMFF-TEM結果結果郝京誠等；中國科學（B輯）2003年8月第33卷第4 期p276冷凍斷裂復型技術的應用冷凍斷裂復型技術的應用.35AFMAFM是在是在STMSTM的基礎上發展起

21、來的。所不同的是，它不是利的基礎上發展起來的。所不同的是，它不是利用電子隧道效應，而是用電子隧道效應，而是利用原子之間的范德華力作用來呈利用原子之間的范德華力作用來呈現樣品的表面特性現樣品的表面特性。 吸引部分排斥部分F pair d原子原子排斥力原子原子吸引力原子力顯微鏡原子力顯微鏡基本原理基本原理.36儀器構成儀器構成力檢測部分力檢測部分位置檢測部分位置檢測部分反饋電子系統反饋電子系統壓電掃描系統壓電掃描系統 .37原子力顯微鏡的應用原子力顯微鏡的應用.38 通過動態光散射的方法可以測量大分子和膠體粒子的流體力學半徑分布情況； 通過靜態光散射的方法可測量高聚物的重均分子量MW(weight

22、 averaged molecular mass) ，均方根 旋 轉 半 徑 Rg（ r a d i u s o f g y r a t i o n ） 和 第 二 維 里 系 數B2(second osmotic virial coefficient)。該儀器可測粒子大小為幾個nm至1m，并具有不破壞體系原有狀態的特征，因此在高分子與膠體化學，材料科學，生命科學等方面都得到廣泛應用。光散射光散射.391000110100110100納米納米微米微米0.1SievesElectron microscopySedimentationDisc centrifugeLaser diffraction

23、Electrozone sensingAFM/STM etcDynamic light scatteringAcoustic spectroscopyMicroscopy動態光散射動態光散射.40r上億個粒子的統計學效果，使得對粒徑及其分上億個粒子的統計學效果，使得對粒徑及其分布的測量更加準確布的測量更加準確r對微量存在的大顆粒極其敏感對微量存在的大顆粒極其敏感r在溶液狀態下測量顆粒的尺寸在溶液狀態下測量顆粒的尺寸r測試速度快，所需樣品少測試速度快，所需樣品少r需要溶液的粘度和折光指數等光學參數需要溶液的粘度和折光指數等光學參數r所得到的尺寸分布正比于不同種類顆粒對光強所得到的尺寸分布正比于不

24、同種類顆粒對光強的貢獻率的貢獻率動態光散射動態光散射.41r動態光散射動態光散射Dynamic Light Scattering (DLS)Dynamic Light Scattering (DLS)，也稱光，也稱光子相關光譜子相關光譜Photon Correlation Spectroscopy (PCS)Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，準彈性光散射準彈性光散射quasi-elastic scatteringquasi-elastic scattering，測量光強的，測量光強的波動隨時間的變化波動隨時間的變化r粒子的粒子的布朗運動布朗運動Brownian motionBrownian motion導致光強的波動導致光強的波動r光子相關器光子相關器correlatorcorrelator將光強的波動轉化為將光強的波動轉化為相關方程相關方程r相關方程檢測光強波動的的速度，從而我們得到粒子的相關方程檢測光強波動的的速度，從而我們得到粒子的擴散速度信息擴散速度信息和和粒子的粒徑粒子的粒徑d(h)d(h)r從相關方程我們還可以得到從相關方程我們還可