مقدمه ای بر مفهوم تعادل آبدوستی-چربی‌دوستی (HLB) و غلظت بحرانی مایسل (CMC)
آمفیفیل ها شامل دو بخش قطبی و غیرقطبی در ساختار مولکولی خود هستند و از این‌رو، به‌آب و روغن تمایل دارند. آن‌ها می‌توانند تحت شرایط خاص محیطی، خودسازماندهی انجام داده و مایسل ها را تشکیل دهند. آمفیفیل‌های غیریونی (عامل‌های فعال‌سطح) دارای ساختار شیمیایی، بیوشیمیایی و کارکردهای دارویی متنوعی هستند که می‌توان از خانواده‌های Tween®، Brij®، Span®، MyrjTM و TritonTM X به‌عنوان مثال‌هایی برای آن نام برد. آن‌ها به‌استثنای Span® ها، معمولاً دارای یک دُم مجزای آبگریز (HP) شامل یک زنجیر پلی‌اتیلنی و یک سر آبدوست (HF) شامل تعداد متنوعی از گروه‌های پلی‌اُکسی‌اتیلن (POE) هستند. بسته به‌نوع و ساختار مولکولی آن‌ها، یک تعادل میان آبدوست‌بودن و آبگریزبودن در مولکول‌های فعال‌سطح وجود دارد که تعادل آبدوستی-چربی‌دوستی یا HLB نامیده می‌شود و در تقسیم‌بندی عامل‌های فعال‌سطح به‌عنوان امولسیفایرها، شوینده‌ها و غیره، نقش مهمی را ایفا می‌کند (جدول (1)).
| جدول (1): کاربردهای عامل‌های فعال‌سطح بر اساس محدوده‌ی مقادیر HLB | |
| محدوده‌ی HLB | کاربردها |
| 6-3 | امولسیون‌های آب-در-روغن |
| 9-7 | عامل‌های تَرکننده |
| 15-8 | امولسیون‌های روغن-در-آب |
| 15-13 | شوینده‌ها |
| 18-15 | حل‌کننده‌ها |
عامل‌های فعال‌سطح با میزان آبگریزی بالا، سطح‌فعال‌تر هستند و برعکس. با افزایش آبگریزی در سری‌های همولوگ، تشکیل مایسل راحت‌تر رخ می‌دهد. به‌این ترتیب، HLB می‌تواند یکی از خواص بنیادی عامل‌های فعال‌سطح (به‌ویژه عامل‌های فعال‌سطح غیریونی) در ارتباط با تجمع آن‌ها در کنار یک‌دیگر محسوب شود. HLB برای عامل‌های فعال‌سطح توسط گریفین (Griffin) و با استفاده از فرمول‌های مولکولی تخمین زده شد. عامل‌های فعال‌سطح آبدوست دارای میزان حلالیت بالا در آب، پایدارکننده‌های خوبی برای امولسیون‌های روغن-در-آب (O/W) بوده و دارای مقادیر HLB بالاتر هستند. آن دسته از آن‌ها که دارای میزان حلالیت پایین در آب هستند، HLB پایین‌تری دارند و پایدارکننده‌های مناسبی برای امولسیون‌های آب-در-روغن (W/O) هستند. HLB برای عامل‌های فعال‌سطح غیریونی با گروه‌های پلی‌اُکسی‌اتیلن می‌تواند از رابطه‌ی زیر بدست آید:
در این حالت، بیشینه‌ی HLB برای یک عامل فعال‌سطح بدون استخلاف می‌تواند برابر با 20 باشد. راه‌های نیمه‌تجربی برای تعیین HLB نشان می‌دهد که ln(C0) با تعداد اتم‌های کربن در مولکول عامل فعال‌سطح به‌صورت خطی رابطه دارد (C0 غلظت بحرانی مایسل یا CMC برای یک عامل فعال‌سطح غیریونی است).
غلظت بحرانی مایسل برای عامل فعال‌سطح می‌تواند با استفاده از برخی روش‌ها شامل تنش‌سنجی (tensiometry)، هدایت‌سنجی (conductometry)، گرانروی‌سنجی (viscometry)، پراکنش نوری (light scattering)، فلوئوری‌متری (fluorimetry)، گرماسنجی (calorimetry)، طیف‌سنجی نوری (spectrophotometry) و طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) تعیین شود که بیشتر از روش‌های تنش‌سنجی، فلوئوری‌متری و طیف‌سنجی نوری استفاده می‌شود. درهنگامی‌که مقادیر ویژگی‌های فیزیکی اندازه‌گیری‌شده در مقابل غلظت رسم شوند، معمولاً یک شکست در نمودار ظاهر می‌گردد که به‌عنوان نقطه‌ی غلظت بحرانی مایسل برای عامل‌های فعال‌سطح تحت بررسی درنظرگرفته می‌شود. همچنین رسم مشتق این مقادیر در نمودار می‌تواند یک راه آسان برای تعیین دقیق محل غلظت بحرانی مایسل باشد.
مترجم: مهدیار یافتیان- سیماب رزین
بخوانید: شرحی بر ویسکوزیته و سرعت برشی
مرجع
Hait, S. K., & Moulik, S. P. (2001). Determination of critical micelle concentration (CMC) of nonionic surfactants by donor‐acceptor interaction with lodine and correlation of CMC with hydrophile‐lipophile balance and other parameters of the surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 4(3), 303-309.
