stringtranslate.com

Эмульсия Пикеринга

Эмульсия Рамсдена , иногда называемая эмульсией Пикеринга , представляет собой эмульсию , стабилизированную твердыми частицами (например, коллоидным кремнеземом ), которые адсорбируются на границе раздела между водной и масляной фазами . Обычно эмульсии представляют собой эмульсии «вода в масле» или «масло в воде», но есть и другие более сложные системы, такие как «вода в воде», «масло в масле», «вода в масле в воде» и «масло в воде». -в воде-в-масле тоже существуют. Эмульсии Пикеринга были названы в честь С.Ю. Пикеринга , который описал это явление в 1907 году, хотя эффект был впервые обнаружен Уолтером Рамсденом в 1903 году. [1] [2]

Если масло и вода смешиваются, и небольшие капли масла образуются и рассеиваются по воде (эмульсия масло в воде), в конечном итоге капли сливаются, уменьшая количество энергии в системе. Однако если в смесь добавить твердые частицы, они будут связываться с поверхностью раздела фаз и предотвращать слипание капель, делая эмульсию более стабильной.

Свойства частиц, такие как гидрофобность , форма и размер, а также концентрация электролита непрерывной фазы и объемное соотношение двух фаз, могут влиять на стабильность эмульсии. Угол контакта частицы с поверхностью капли является характеристикой гидрофобности частицы. Если угол контакта частицы с границей раздела мал, частица будет в основном смачиваться каплей и, следовательно, вряд ли сможет предотвратить слияние капель. Частично гидрофобные частицы являются лучшими стабилизаторами, поскольку они частично смачиваются обеими жидкостями и, следовательно, лучше связываются с поверхностью капель. Оптимальный угол контакта для стабильной эмульсии достигается, когда частица одинаково смачивается двумя фазами (т.е. угол контакта 90°). Энергия стабилизации определяется выражением

где r — радиус частицы, — межфазное натяжение, — угол контакта частицы с границей раздела.

Когда угол контакта составляет примерно 90°, энергия, необходимая для стабилизации системы, минимальна. [3] Обычно фазой, которая предпочтительно смачивает частицу, является непрерывная фаза в эмульсионной системе. Наиболее распространенным типом эмульсий Пикеринга являются эмульсии масло в воде из-за гидрофильности большинства органических частиц.

Одним из примеров эмульсии, стабилизированной Пикерингом, является гомогенизированное молоко. Единицы молочного белка ( казеина ) адсорбируются на поверхности шариков молочного жира и действуют как поверхностно-активные вещества . Казеин заменяет мембрану шариков молочного жира, которая повреждается при гомогенизации. Другими примерами эмульсий, в которых частицы Пикеринга могут быть стабилизирующими веществами, являются, например, моющие средства, шоколад с низким содержанием жира, майонезы и маргарины.

Эмульсии Пикеринга привлекли повышенное внимание и исследовательский интерес в течение последних 20 лет, когда использование традиционных поверхностно-активных веществ было поставлено под сомнение из-за проблем окружающей среды, здоровья и стоимости. Синтетические наночастицы в качестве стабилизаторов эмульсий Пикеринга с четко определенными размерами и составами представляли собой основной интерес до недавнего времени, когда повышенное внимание привлекли и природные органические частицы. Считается, что они обладают такими преимуществами, как экономичность и разлагаемость, и производятся из возобновляемых ресурсов. [4] Эмульсии Пикеринга находят применение для повышения нефтеотдачи [5] или очистки воды . [6] Некоторые эмульсии Пикеринга остаются стабильными даже в условиях желудка и демонстрируют исключительную устойчивость к желудочному липолизу , [7] что облегчает их использование для контролируемого переваривания липидов и насыщения [8] или для систем пероральной доставки. [9]

Кроме того, было продемонстрировано, что стабильность эмульсий Пикеринга можно улучшить за счет использования амфифильных « частиц Януса », а именно частиц, имеющих одну гидрофобную и одну гидрофильную стороны, из-за более высокой энергии адсорбции частиц на жидкой поверхности. жидкостный интерфейс. [10] Это становится очевидным при наблюдении за стабилизацией эмульсии с помощью полиэлектролитов .

Также можно использовать частицы латекса для стабилизации Пикеринга, а затем объединить эти частицы с образованием проницаемой оболочки или капсулы, называемой коллоидосомой. [11] Кроме того, капли эмульсии Пикеринга также являются подходящим шаблоном для микрокапсулирования и формирования закрытых, непроницаемых капсул. [12] Эта форма инкапсулирования также может применяться к эмульсиям вода в воде (дисперсии водных растворов полимеров с разделенными фазами), а также может быть обратимой. [13] Микропузырьки, стабилизированные Пикерингом, могут найти применение в качестве контрастных веществ для ультразвуковых исследований. [14] [15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Пикеринг, Спенсер Амфревиль (1907). «Эмульсии». Журнал Химического общества, Сделки . 91 : 2001–2021. дои : 10.1039/CT9079102001.
  2. ^ Рамсден, W (1903). «Разделение твердых веществ в поверхностных слоях растворов и суспензий». Труды Лондонского королевского общества . 72 (477–486): 156–164. дои : 10.1098/rspl.1903.0034 .
  3. ^ Великов, Красимир П.; Велев, Орлин Д. (2014). Коллоидная стабильность . стр. 277–306. дои : 10.1002/9783527631193.ch35. ISBN 9783527631193.
  4. ^ Дюпон, Ханаэ; Менгре, Валентин; Шмитт, Вероника; Эрогез, Валери (08.06.2021). «Новый взгляд на рецептуру и полимеризацию эмульсий Пикеринга, стабилизированных природными органическими частицами». Макромолекулы . 54 (11): 4945–4970. Бибкод : 2021MaMol..54.4945D. doi : 10.1021/acs.macromol.1c00225. ISSN  0024-9297. S2CID  233595006.
  5. ^ Шарма, Т.; Велмуруган, Н.; Патель, П.; Чон, Британская Колумбия; Сангвай, Дж.С. (17 сентября 2015 г.). «Использование эмульсии пикеринга «нефть в воде», стабилизированной наночастицами, в сочетании с полимерным заводнением для повышения нефтеотдачи пластов». Нефтяная наука и технология . 33 (17–18): 1595–1604. дои : 10.1080/10916466.2015.1079534. S2CID  99044892.
  6. ^ Хейзе, Катя; Йонкергау, Кристофер; Анайя-Плаза, Эдуардо; Гуччини, Валентина; Пяякконен, Тимо; Линдер, Маркус Б.; Контури, Ээро; Костиайнен, Маури А. (сентябрь 2022 г.). «Проницаемость, контролируемая электролитом, в эмульсиях, стабилизированных наноцеллюлозой». Расширенные интерфейсы материалов . 9 (26): 2200943. doi : 10.1002/admi.202200943 .
  7. ^ Шойбле, Натали; Шаффнер, Йошка; Шумахер, Мануэль; Виндхаб, Эрих Дж.; Лю, Диан; Паркер, Хелен; Штейнгоеттер, Андреас; Фишер, Питер (30 мая 2018 г.). «Подбор эмульсий для контролируемого высвобождения липидов: установление корреляции in vitro и in vivo для переваривания липидов». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 10 (21): 17571–17581. дои : 10.1021/acsami.8b02637. ПМИД  29708724.
  8. ^ Берч, Паскаль; Штейнгоеттер, Андреас; Арнольд, Мирта; Шойбле, Натали; Бергфройнд, Йотам; Феделе, Шахана; Лю, Диан; Паркер, Хелен Л.; Ланганс, Вольфганг; Рефельд, Йенс Ф.; Фишер, Питер (2022). «Дизайн интерфейса липидной эмульсии модулирует пищеварение человека in vivo и реакцию гормона насыщения». Еда и функции . 13 (17): 9010–9020. дои : 10.1039/D2FO01247B . ПМЦ 9426722 . ПМИД  35942900. 
  9. ^ Мванги, Уильям Вачира; Лим, Хуэй Пэн; Лоу, Лян И; Тей, Бенг Ти; Чан, Энг Сенг (июнь 2020 г.). «Пищевые эмульсии Пикеринга для капсулирования и доставки биоактивных веществ». Тенденции в пищевой науке и технологиях . 100 : 320–332. doi :10.1016/j.tifs.2020.04.020. S2CID  218967470.
  10. ^ Бинкс, BP; Флетчер, PDI (2001). «Частицы, адсорбированные на границе раздела нефть-вода: теоретическое сравнение сфер однородной смачиваемости и частиц «Януса». Ленгмюр . 17 (16): 4708–4710. дои : 10.1021/la0103315. ISSN  0743-7463.
  11. ^ Динсмор, AD (2002). «Коллоидосомы: избирательно проницаемые капсулы, состоящие из коллоидных частиц». Наука . 298 (5595): 1006–1009. Бибкод : 2002Sci...298.1006D. CiteSeerX 10.1.1.476.7703 . дои : 10.1126/science.1074868. ISSN  0036-8075. PMID  12411700. S2CID  2333453. 
  12. ↑ Йорис Салари (12 мая 2011 г.). «Эмульсии Пикеринга, коллоидосомы и микроинкапсуляция». Слайдшер.
  13. ^ Поортинга, Альберт Т. (2008). «Микрокапсулы из самоорганизующихся коллоидных частиц с использованием водных растворов полимеров с разделенными фазами». Ленгмюр . 24 (5): 1644–1647. дои : 10.1021/la703441e. ISSN  0743-7463. ПМИД  18220438.
  14. ^ Андертон Н., Карлсон К.С., Мацумото Р., Симидзу Р.И., Поортинга А.Т., Кудо Н., Постема М. (2022). «О жесткости четырехсот микропузырьков, стабилизированных Пикерингом». Японский журнал прикладной физики . 61 (СГ): СГ8001. Бибкод : 2022JaJAP..61G8001A. дои : 10.35848/1347-4065/ac4adc . S2CID  245915590.
  15. ^ Андертон Н., Карлсон К.С., Мацумото Р., Симидзу Р.И., Поортинга А.Т., Кудо Н., Постема М. (2022). «Осцилляционные колебания первого цикла микропузырьков, стабилизированных Пикерингом, под воздействием ультразвукового импульса высокой амплитуды». Современные направления биомедицинской инженерии . 8 (2): 30–32. дои : 10.1515/cdbme-2022-1009 . S2CID  251981644.