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.每個樣品的每個參數(shù)重復(fù)測定3次，取強(qiáng)度報告進(jìn)行結(jié)果分析.

1.2.9液滴動態(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ULA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時會有少量固體物質(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個階段.這是由于濃度低于1×10-5mol/L時，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).

計算可得pC20為4.08 mol/L，Γm為2.47μmol/m2，在吸附完全時，每個分子所占液面的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個糖基團(tuán)之間的距離為1.13 nm，寬度為0.57 nm，可計算出親水基團(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，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)

上述實驗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，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，會發(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.隨著時間延長，乳液下半部分背散射率呈明顯減小趨勢，同時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，在24 h內(nèi)背散射率下降超過20%，測量結(jié)束時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，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，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，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，依然會在較短時間內(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.