1.2.3聚集體形貌的觀察

將10μL 1×10-3mol/L七葉皂素溶液滴加在碳支持膜表面，片刻后用毛細(xì)管吸走多余液體，室溫下自然干燥.采用TEM進(jìn)行觀察，電壓為80 kV.

1.2.4油-水界面張力的測定

使用視頻光學(xué)接觸角測量儀，利用懸滴法測定溶劑油150#和不同濃度七葉皂素溶液的油-水界面張力.溶液為內(nèi)相，溶劑油150#為外相.將七葉皂素溶液置于氣密性良好的注射器（針管外徑為1.65 mm）中，利用步進(jìn)馬達(dá)將溶液（8μL）注射到裝有溶劑油150#的玻璃皿中，CCD攝像機(jī)同步記錄測定過程的液滴狀態(tài)（每次測定25 min），軟件通過液滴形狀分析計(jì)算出界面張力.分別測定超純水以及不同濃度七葉皂素溶液與溶劑油150#的界面張力，每個(gè)樣品重復(fù)測3次.

1.2.5乳液的制備

在80℃恒溫水浴并持續(xù)攪拌下，將10 mL溶劑油150#逐滴緩慢加入40 mL 1×10-3mol/L七葉皂素溶液中.持續(xù)恒溫加熱攪拌10 min后，立即在功率比80%條件下用變幅桿（Φ=10）超聲分散5 min，冷卻至室溫，得到乳液.5×10-4，1×10-4mol/L七葉皂素溶液也按上述步驟制得乳液，用于測試.

1.2.6乳液穩(wěn)定性的測試

使用乳液穩(wěn)定性分析儀測試.每個(gè)新制樣品在25℃下測定24 h，每1 h進(jìn)行一次掃描.掃描高度范圍為0~56.5 mm，掃描速率為12.5 mm/s.

1.2.7乳液在光學(xué)顯微鏡下的表征取少量新制乳液稀釋至透明，取一滴在光學(xué)顯微鏡下觀察并連接主機(jī)拍照記錄.

1.2.8乳液粒徑和Zeta電位的測定

取稀釋至透明的新制乳液，采用激光粒度儀分別測定粒徑和Zeta電位.每個(gè)樣品的每個(gè)參數(shù)重復(fù)測定3次，取強(qiáng)度報(bào)告進(jìn)行結(jié)果分析.

1.2.9液滴動(dòng)態(tài)撞擊過程的表征

將PTFE疏水表面水平放置，在30 cm高度用注射器打出液滴，使用高速攝像機(jī)以3000 fps進(jìn)行傾斜視角拍攝記錄.測定超純水以及不同濃度七葉皂素溶液，每個(gè)樣品重復(fù)測定3次.用配套軟件i-SPEED suite處理視頻，得到撞擊過程的參數(shù).

1.2.10溶液黏度的測定

利用黏度儀依次測定純水及不同濃度（1×10-4，5×10-4，1×10-3mol/L）七葉皂素溶液的黏度.將適量七葉皂素溶液加入U(xiǎn)LA超低黏度適配器中，用304#轉(zhuǎn)子（直徑25 mm）分別以1，5，10，20，40和60 r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行測試，每個(gè)轉(zhuǎn)速維持2 min，設(shè)置循環(huán)水浴溫度為25℃.

2結(jié)果與討論

2.1七葉皂素在氣-液界面的吸附

首先，采用吊片法測量了不同濃度七葉皂素溶液的表面張力.由于七葉皂素溶解度的限制，當(dāng)濃度超過1×10-3mol/L時(shí)會(huì)有少量固體物質(zhì)析出，影響測試結(jié)果，故表面活性測試的濃度范圍為1×10-7~1×10-3mol/L.如圖1（A）所示，隨著七葉皂素濃度的增加，表面張力呈現(xiàn)先基本不變、后快速下降、最后達(dá)到平衡的3個(gè)階段.這是由于濃度低于1×10-5mol/L時(shí)，只有少量七葉皂素分子吸附在氣-液界面，表面張力基本不變；然后隨著濃度增加，越來越多的分子遷移并吸附在氣-液界面，使溶液表面張力快速下降；當(dāng)分子在界面吸附達(dá)到飽和（5×10-4mol/L）后，開始在體相聚集形成膠束，表面張力不再改變.可知，七葉皂素的臨界膠束濃度（cmc）為5×10-4mol/L，對應(yīng)的表面張力（γcmc）為42.1 mN/m.圖1（B）為七葉皂素形成聚集體的TEM照片，膠束大小約為20 nm.

此外，分別計(jì)算了七葉皂素的效率因子（pC20）、表面最大吸附量（Γm）、七葉皂素分子在氣-液界面的最小橫截面積（Amin），以此進(jìn)一步描述表面活性劑分子在界面的吸附行為：

式中：C20（mol/L）為表面張力下降20 mN/m需要的濃度；n為溶質(zhì)種類數(shù)，對于非離子型表面活性劑七葉皂素，n=1；R=8.314 J·mol-1·K-1，為摩爾氣體常數(shù)；T（K）為熱力學(xué)溫度；γ為表面張力；c（mol/L）為濃度；L=6.02×1023，為阿伏伽德羅常數(shù).

計(jì)算可得pC20為4.08 mol/L，Γm為2.47μmol/m2，在吸附完全時(shí)，每個(gè)分子所占液面的Amin為0.67 nm2.較大的pC20和較小的Γm說明七葉皂素有較好的降低表面張力的作用.采用Chem3D對七葉皂素分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行能量優(yōu)化（MM2模式），并對分子尺寸進(jìn)行測量，結(jié)果如圖1（C）所示.分子中親水部分2個(gè)糖基團(tuán)之間的距離為1.13 nm，寬度為0.57 nm，可計(jì)算出親水基團(tuán)的截面積近似為0.64 nm2，與吸附參數(shù)Amin的0.67 nm2接近.由此，認(rèn)為七葉皂素分子在氣-液界面上按照圖1（D）的方式排列，親水的糖基團(tuán)在相鄰分子間多重氫鍵作用下緊密排列在水相內(nèi)側(cè)，疏水的三萜骨架排列在氣相一側(cè)，骨架間距離較大，排列較為疏松.界面吸附飽和后，多余的七葉皂素分子趨向于在體相內(nèi)聚集，將疏水的三萜環(huán)包裹在分子內(nèi)側(cè)，糖基暴露在外側(cè)水環(huán)境中，形成穩(wěn)定的膠束聚集體.

2.2七葉皂素在油-水界面的吸附

七葉皂素在油-水界面的吸附行為決定了其是否可作為乳化劑用于乳液的制備.選擇能明顯降低表面張力的5個(gè)濃度（1×10-5，5×10-5，1×10-4，5×10-4和1×10-3mol/L），以農(nóng)藥中常用的溶劑油150#作為外相，將不同濃度的七葉皂素溶液打入溶劑油中，通過光學(xué)測量和形狀分析，測定界面張力隨時(shí)間變化的情況.純水與溶劑油150#的界面張力為33.5 mN/m，不隨時(shí)間的延長而變化，而各濃度七葉皂素溶液的界面張力均隨時(shí)間的延長先快速下降而后達(dá)到平衡，這是由于純水中不存在七葉皂素分子的遷移，而七葉皂素溶液中分子由體相向界面遷移，致使界面張力下降.此外，平衡界面張力隨濃度的增加逐漸減小后趨于穩(wěn)定，可歸因于七葉皂素分子從體相擴(kuò)散吸附在油-水界面層，隨著濃度增加，吸附量增加，界面張力降低.當(dāng)濃度達(dá)到5×10-4mol/L，即臨界膠束濃度時(shí)，界面層上分子吸附趨于飽和，形成黏彈性的界面層，空間減少，阻礙增大.分子間的相互作用（靜電排斥力）使得七葉皂素分子向界面擴(kuò)散逐漸減少，進(jìn)而界面張力趨于穩(wěn)定.

2.3基于七葉皂素的乳液性質(zhì)

上述實(shí)驗(yàn)證明七葉皂素可以很好地降低水與溶劑油150#之間的界面張力，可以作為二者間的乳化劑.因此，選擇能顯著降低油-水界面張力的3個(gè)濃度（1×10-4，5×10-4和1×10-3mol/L），利用超聲乳化法制備了水油體積比為4∶1的乳液，并對其粒徑、Zeta電勢、外觀及沉降穩(wěn)定性等性質(zhì)進(jìn)行表征.

首先使用激光粒度儀表征了新制乳液的粒徑大小及分布情況，如圖3（A1）~（A3）所示.隨著七葉皂素濃度從1×10-4mol/L增大到1×10-3mol/L，乳液平均粒徑Z-Ave從約2.4μm下降至1.4μm，單分散系數(shù)（PDI）逐漸降低，粒徑分布范圍逐漸變窄，表明乳液穩(wěn)定性得以提高.光學(xué)顯微鏡表征結(jié)果［圖3（C1）~（C3）］也印證了該結(jié)論.

此外，還測試了不同濃度新制乳液的Zeta電勢，結(jié)果如圖3（B1）~（B3）所示.從七葉皂素分子結(jié)構(gòu)分析，親水部分的羧基使乳液的Zeta電勢為負(fù).隨著七葉皂素濃度從1×10-4mol/L增加到1×10-3mol/L，乳液Zeta電勢從?39.7 mV略微增大至?40.7 mV.3種濃度下Zeta電勢相差不多，且絕對值均大于30 mV，粒子間趨向于相互排斥，不容易發(fā)生聚結(jié)等現(xiàn)象，有利于乳液的穩(wěn)定.可見，以七葉皂素為乳化劑的新制乳液具有較低粒徑和較高Zeta電勢（絕對值），保證了其穩(wěn)定性，且隨著七葉皂素濃度升高，乳液明顯趨于更穩(wěn)定的狀態(tài).這是由于相對于氣-水界面，油-水界面為兩親分子提供了相界面遷移的定向力，并誘導(dǎo)分子界面重排，七葉皂素分子親油端插入油相，親水端插入水相，在油-水界面吸附形成穩(wěn)定的界面膜.濃度的增加使界面膜強(qiáng)度增加，乳液粒徑變小.當(dāng)界面分子吸附接近飽和時(shí)，外側(cè)排列的親水基團(tuán)上的羧基官能團(tuán)之間產(chǎn)生靜電排斥力，有利于乳液的穩(wěn)定.

為了直觀地了解乳液狀態(tài)及貯存穩(wěn)定性情況，分別拍攝了新制乳液和放置24 h，3 d，7 d的乳液外觀圖.如圖4（A）所示，新制乳液均呈現(xiàn)均勻乳白色，放置24 h后則有分層現(xiàn)象出現(xiàn)，隨著七葉皂素濃度下降，分層現(xiàn)象愈加明顯.放置3 d后各濃度的乳液均呈現(xiàn)相同的完全分層現(xiàn)象.

根據(jù)分散體系的光散射原理，當(dāng)光線射向乳液樣品時(shí)，會(huì)發(fā)生散射，通過儀器由乳液底部到頂部掃描檢測背散射光的強(qiáng)度，即可快速分析乳液的聚結(jié)、分層等現(xiàn)象。據(jù)此，采用MS20型乳液穩(wěn)定性分析儀測定了不同濃度七葉皂素乳液在24 h內(nèi)的穩(wěn)定性，如圖4（B）~（D）所示.隨著時(shí)間延長，乳液下半部分背散射率呈明顯減小趨勢，同時(shí)頂部背散射率逐漸增大，反映了下層析水，油相上浮的分層問題.而隨著七葉皂素濃度增加，下部背散射率的變化值明顯減小。

以高度為20 mm處為例，當(dāng)七葉皂素溶液濃度為1×10-4mol/L時(shí)，在24 h內(nèi)背散射率下降超過20%，測量結(jié)束時(shí)在此高度已成半透明狀態(tài)；而當(dāng)濃度增大到5×10-4mol/L，背散射率下降約15%，分層得到了明顯抑制；進(jìn)一步增大濃度到1×10-3mol/L，24 h內(nèi)此處的背散射率下降值不到10%，該乳液在該時(shí)間范圍內(nèi)較為穩(wěn)定。

可見，七葉皂素濃度為1×10-4和5×10-4mol/L時(shí)，在24 h內(nèi)分層較明顯，前者的分層程度略大于后者，當(dāng)濃度為1×10-3mol/L時(shí)，分層得到明顯抑制，較為穩(wěn)定，該現(xiàn)象與貯存穩(wěn)定性表征結(jié)果一致［圖4（A）］.這是由于兩親性的七葉皂素分子結(jié)構(gòu)具有較多的含氧基團(tuán)（羥基和羧基），在油-水界面層具有強(qiáng)分子間作用（氫鍵），高濃度形成的界面膜的收縮彈性強(qiáng)于低濃度，在油-水界面發(fā)生形變時(shí)，界面膜產(chǎn)生相應(yīng)形變而非解吸附，因此高濃度七葉皂素所形成的乳液穩(wěn)定性相對更好.

雖然最高濃度（1×10-3mol/L）七葉皂素乳化的乳液貯存穩(wěn)定性較好，但由于分散相與連續(xù)相之間的密度差，依然會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，達(dá)不到非常穩(wěn)定的貯存效果.對此，后續(xù)可通過調(diào)整乳液組成比例或復(fù)配其它乳化劑等方法進(jìn)行改進(jìn)，以提升乳液穩(wěn)定性.