Филмова техника на Лангмюр-Блоджет
Гергели Антал, Ноеми Розлосник
Въведение
1. Филми за Лангмюр
Филмите на Лангмюр са повърхностноактивни вещества (детергенти), които са разположени на границата на две различни среди, за да образуват кохерентен един слой. Тези две среди са предимно течно-газови (това ще бъде обсъдено по-късно), по-рядко течно-течни.
Детергентите също съдържат амфифилни молекули, т.е. хидрофилни и хидрофобни части. Хидрофилната част може да бъде напр. карбоксил или сулфат, амин или алкохол. Тези полярни групи привличат подобно полярни среди, като водата. Сред силите между тях са кулонов тип (
1/r 2, където r е разстоянието между молекулите). Хидрофобни (или олеофилни) групи, напр. различните въглеводородни вериги са много по-малко разтворими (или изобщо не) разтворими във вода и силите, действащи между тях, са предимно на Ван дер Ваал (
Структурата на филма на Лангмюр, степента на неговото подреждане може да се проследи само косвено, но много точно: като се възползва от факта, че подреждането води до непрекъснато намаляване на повърхностното напрежение на течността, което се променя, т.нар. повърхностното налягане може лесно да се измери.
Тези плаващи монослоеве действат като гъвкави мембрани по време на многократно уплътняване-разширяване. Ако филмът е свръхкомпресиран, той ще се счупи, губейки своите еластични свойства; някои от молекулите са принудени да излязат извън мономолекулната равнина, образувайки два или повече слоя или „мол обиколки“ (Фигура 2) в горната част на филма на Лангмюр. В допълнение, детергентните молекули могат да бъдат разтворени в подфазата (например чрез образуване на мицели), в зависимост от амфипатичния баланс.
2. Техниката на Лангмюр-Блоджет
Филми на Лангмюр-Блоджет върху твърда, плоска среда, т.нар се състоят от мономолекулни слоеве, последователно нанесени върху субстрат, филми на Лангмюр. Ако подходящо подготвен субстрат със съответните свойства се премести бавно, перпендикулярно на интерфейса въздушна фаза, той ще разруши филма на Лангмюр, който след това може да се свърже със субстрата, когато се изглади, покривайки го с мономолекулен слой.
След като първият слой е зададен и нанесен - в случая "късметлия" - допълнителни слоеве се добавят към основата всеки път, когато субстратът преминава през интерфейса въздушна фаза. (В "злощастния" случай първият свързващ слой не е последван от свързването на следващи и дори този първи слой може да "накисне" субстрата при следващото гранично пресичане въздух-течност. По принцип, ако течността-субстратът гранична посока на менискус и посока на движение на субстрата По този начин може да се получи многослоен филм, чиято дебелина може да се изчисли от произведението на дължината на отделната молекулярна верига и броя на пресичанията на границата, свързана със субстрата (Фигура 3) .
Субстратите могат да бъдат разделени на две основни групи: хидрофобни и хидрофилни. Хидрофобният субстрат води до свързване на филма при първото потапяне, хидрофобните въглеводородни вериги се придържат към също хидрофобния носител (Фигура 4).
В случай на хидрофилен субстрат при първото потапяне се получава само нереден трансфер, тъй като хидрофобните вериги се отблъскват от носителя, потопен в самата течност, докато при последваща екстракция филмът на Лангмюр се придържа към субстрата с хидрофилната половина (фиг. 5). И за двата типа субстрат допълнителните слоеве се прилепват един към друг в редуващи се позиции по време на по-нататъшни гранични преходи.
3. Ваната Langmuir
Банята на Лангмюр (Фигура 6) е устройство, подходящо за подреждане на монослоеве от амфифилни материали, измерване на изотерми на повърхностното налягане и прехвърляне на подредените монослоеве върху твърда опора. Основните му части са тефлонова вана (a), (или две) подвижни тефлонови прегради (b), манометър за повърхностно налягане (c) и потапящо устройство (d) за преместване на основата.
Ваната е направена от тефлон (политетрафлуороетилен), който в много отношения е най-подходящ за целта: не замърсява подфазата, химически е по същество неактивен, не се разтваря в подфазата и има най-хидрофобните свойства на известните полимери ( напр. напълнената вода може да се издуе на височина до няколко милиметра).
Основата за измерване на повърхностното налягане е пластината на Вилхелми (фиг. 6, в), малка хроматография или филтърна хартия, окачена на интерфейса въздух-течност и опитана да бъде изтеглена в подфазата чрез сила от повърхностното напрежение на течността . Ако по повърхността на течността се разпространи чуждо вещество (препарат), повърхностното напрежение намалява до такава степен, че свободната енергия на повърхността се свежда до минимум. Силата, действаща върху хартиената вложка, може да бъде измерена с микробаланс.