1.2.3聚集体形貌的观察

将10μL 1×10-3mol/L七叶皂素溶液滴加在碳支持膜表面，片刻后用毛细管吸走多余液体，室温下自然干燥.采用TEM进行观察，电压为80 kV.

1.2.4油-水界面张力的测定

使用视频光学接触角测量仪，利用悬滴法测定溶剂油150#和不同浓度七叶皂素溶液的油-水界面张力.溶液为内相，溶剂油150#为外相.将七叶皂素溶液置于气密性良好的注射器（针管外径为1.65 mm）中，利用步进马达将溶液（8μL）注射到装有溶剂油150#的玻璃皿中，CCD摄像机同步记录测定过程的液滴状态（每次测定25 min），软件通过液滴形状分析计算出界面张力.分别测定超纯水以及不同浓度七叶皂素溶液与溶剂油150#的界面张力，每个样品重复测3次.

1.2.5乳液的制备

在80℃恒温水浴并持续搅拌下，将10 mL溶剂油150#逐滴缓慢加入40 mL 1×10-3mol/L七叶皂素溶液中.持续恒温加热搅拌10 min后，立即在功率比80%条件下用变幅杆（Φ=10）超声分散5 min，冷却至室温，得到乳液.5×10-4，1×10-4mol/L七叶皂素溶液也按上述步骤制得乳液，用于测试.

1.2.6乳液稳定性的测试

使用乳液稳定性分析仪测试.每个新制样品在25℃下测定24 h，每1 h进行一次扫描.扫描高度范围为0~56.5 mm，扫描速率为12.5 mm/s.

1.2.7乳液在光学显微镜下的表征取少量新制乳液稀释至透明，取一滴在光学显微镜下观察并连接主机拍照记录.

1.2.8乳液粒径和Zeta电位的测定

取稀释至透明的新制乳液，采用激光粒度仪分别测定粒径和Zeta电位.每个样品的每个参数重复测定3次，取强度报告进行结果分析.

1.2.9液滴动态撞击过程的表征

将PTFE疏水表面水平放置，在30 cm高度用注射器打出液滴，使用高速摄像机以3000 fps进行倾斜视角拍摄记录.测定超纯水以及不同浓度七叶皂素溶液，每个样品重复测定3次.用配套软件i-SPEED suite处理视频，得到撞击过程的参数.

1.2.10溶液黏度的测定

利用黏度仪依次测定纯水及不同浓度（1×10-4，5×10-4，1×10-3mol/L）七叶皂素溶液的黏度.将适量七叶皂素溶液加入ULA超低黏度适配器中，用304#转子（直径25 mm）分别以1，5，10，20，40和60 r/min转速进行测试，每个转速维持2 min，设置循环水浴温度为25℃.

2结果与讨论

2.1七叶皂素在气-液界面的吸附

首先，采用吊片法测量了不同浓度七叶皂素溶液的表面张力.由于七叶皂素溶解度的限制，当浓度超过1×10-3mol/L时会有少量固体物质析出，影响测试结果，故表面活性测试的浓度范围为1×10-7~1×10-3mol/L.如图1（A）所示，随着七叶皂素浓度的增加，表面张力呈现先基本不变、后快速下降、最后达到平衡的3个阶段.这是由于浓度低于1×10-5mol/L时，只有少量七叶皂素分子吸附在气-液界面，表面张力基本不变；然后随着浓度增加，越来越多的分子迁移并吸附在气-液界面，使溶液表面张力快速下降；当分子在界面吸附达到饱和（5×10-4mol/L）后，开始在体相聚集形成胶束，表面张力不再改变.可知，七叶皂素的临界胶束浓度（cmc）为5×10-4mol/L，对应的表面张力（γcmc）为42.1 mN/m.图1（B）为七叶皂素形成聚集体的TEM照片，胶束大小约为20 nm.

此外，分别计算了七叶皂素的效率因子（pC20）、表面最大吸附量（Γm）、七叶皂素分子在气-液界面的最小横截面积（Amin），以此进一步描述表面活性剂分子在界面的吸附行为：

式中：C20（mol/L）为表面张力下降20 mN/m需要的浓度；n为溶质种类数，对于非离子型表面活性剂七叶皂素，n=1；R=8.314 J·mol-1·K-1，为摩尔气体常数；T（K）为热力学温度；γ为表面张力；c（mol/L）为浓度；L=6.02×1023，为阿伏伽德罗常数.

计算可得pC20为4.08 mol/L，Γm为2.47μmol/m2，在吸附完全时，每个分子所占液面的Amin为0.67 nm2.较大的pC20和较小的Γm说明七叶皂素有较好的降低表面张力的作用.采用Chem3D对七叶皂素分子结构进行能量优化（MM2模式），并对分子尺寸进行测量，结果如图1（C）所示.分子中亲水部分2个糖基团之间的距离为1.13 nm，宽度为0.57 nm，可计算出亲水基团的截面积近似为0.64 nm2，与吸附参数Amin的0.67 nm2接近.由此，认为七叶皂素分子在气-液界面上按照图1（D）的方式排列，亲水的糖基团在相邻分子间多重氢键作用下紧密排列在水相内侧，疏水的三萜骨架排列在气相一侧，骨架间距离较大，排列较为疏松.界面吸附饱和后，多余的七叶皂素分子趋向于在体相内聚集，将疏水的三萜环包裹在分子内侧，糖基暴露在外侧水环境中，形成稳定的胶束聚集体.

2.2七叶皂素在油-水界面的吸附

七叶皂素在油-水界面的吸附行为决定了其是否可作为乳化剂用于乳液的制备.选择能明显降低表面张力的5个浓度（1×10-5，5×10-5，1×10-4，5×10-4和1×10-3mol/L），以农药中常用的溶剂油150#作为外相，将不同浓度的七叶皂素溶液打入溶剂油中，通过光学测量和形状分析，测定界面张力随时间变化的情况.纯水与溶剂油150#的界面张力为33.5 mN/m，不随时间的延长而变化，而各浓度七叶皂素溶液的界面张力均随时间的延长先快速下降而后达到平衡，这是由于纯水中不存在七叶皂素分子的迁移，而七叶皂素溶液中分子由体相向界面迁移，致使界面张力下降.此外，平衡界面张力随浓度的增加逐渐减小后趋于稳定，可归因于七叶皂素分子从体相扩散吸附在油-水界面层，随着浓度增加，吸附量增加，界面张力降低.当浓度达到5×10-4mol/L，即临界胶束浓度时，界面层上分子吸附趋于饱和，形成黏弹性的界面层，空间减少，阻碍增大.分子间的相互作用（静电排斥力）使得七叶皂素分子向界面扩散逐渐减少，进而界面张力趋于稳定.

2.3基于七叶皂素的乳液性质

上述实验证明七叶皂素可以很好地降低水与溶剂油150#之间的界面张力，可以作为二者间的乳化剂.因此，选择能显著降低油-水界面张力的3个浓度（1×10-4，5×10-4和1×10-3mol/L），利用超声乳化法制备了水油体积比为4∶1的乳液，并对其粒径、Zeta电势、外观及沉降稳定性等性质进行表征.

首先使用激光粒度仪表征了新制乳液的粒径大小及分布情况，如图3（A1）~（A3）所示.随着七叶皂素浓度从1×10-4mol/L增大到1×10-3mol/L，乳液平均粒径Z-Ave从约2.4μm下降至1.4μm，单分散系数（PDI）逐渐降低，粒径分布范围逐渐变窄，表明乳液稳定性得以提高.光学显微镜表征结果［图3（C1）~（C3）］也印证了该结论.

此外，还测试了不同浓度新制乳液的Zeta电势，结果如图3（B1）~（B3）所示.从七叶皂素分子结构分析，亲水部分的羧基使乳液的Zeta电势为负.随着七叶皂素浓度从1×10-4mol/L增加到1×10-3mol/L，乳液Zeta电势从−39.7 mV略微增大至−40.7 mV.3种浓度下Zeta电势相差不多，且绝对值均大于30 mV，粒子间趋向于相互排斥，不容易发生聚结等现象，有利于乳液的稳定.可见，以七叶皂素为乳化剂的新制乳液具有较低粒径和较高Zeta电势（绝对值），保证了其稳定性，且随着七叶皂素浓度升高，乳液明显趋于更稳定的状态.这是由于相对于气-水界面，油-水界面为两亲分子提供了相界面迁移的定向力，并诱导分子界面重排，七叶皂素分子亲油端插入油相，亲水端插入水相，在油-水界面吸附形成稳定的界面膜.浓度的增加使界面膜强度增加，乳液粒径变小.当界面分子吸附接近饱和时，外侧排列的亲水基团上的羧基官能团之间产生静电排斥力，有利于乳液的稳定.

为了直观地了解乳液状态及贮存稳定性情况，分别拍摄了新制乳液和放置24 h，3 d，7 d的乳液外观图.如图4（A）所示，新制乳液均呈现均匀乳白色，放置24 h后则有分层现象出现，随着七叶皂素浓度下降，分层现象愈加明显.放置3 d后各浓度的乳液均呈现相同的完全分层现象.

根据分散体系的光散射原理，当光线射向乳液样品时，会发生散射，通过仪器由乳液底部到顶部扫描检测背散射光的强度，即可快速分析乳液的聚结、分层等现象。据此，采用MS20型乳液稳定性分析仪测定了不同浓度七叶皂素乳液在24 h内的稳定性，如图4（B）~（D）所示.随着时间延长，乳液下半部分背散射率呈明显减小趋势，同时顶部背散射率逐渐增大，反映了下层析水，油相上浮的分层问题.而随着七叶皂素浓度增加，下部背散射率的变化值明显减小。

以高度为20 mm处为例，当七叶皂素溶液浓度为1×10-4mol/L时，在24 h内背散射率下降超过20%，测量结束时在此高度已成半透明状态；而当浓度增大到5×10-4mol/L，背散射率下降约15%，分层得到了明显抑制；进一步增大浓度到1×10-3mol/L，24 h内此处的背散射率下降值不到10%，该乳液在该时间范围内较为稳定。

可见，七叶皂素浓度为1×10-4和5×10-4mol/L时，在24 h内分层较明显，前者的分层程度略大于后者，当浓度为1×10-3mol/L时，分层得到明显抑制，较为稳定，该现象与贮存稳定性表征结果一致［图4（A）］.这是由于两亲性的七叶皂素分子结构具有较多的含氧基团（羟基和羧基），在油-水界面层具有强分子间作用（氢键），高浓度形成的界面膜的收缩弹性强于低浓度，在油-水界面发生形变时，界面膜产生相应形变而非解吸附，因此高浓度七叶皂素所形成的乳液稳定性相对更好.

虽然最高浓度（1×10-3mol/L）七叶皂素乳化的乳液贮存稳定性较好，但由于分散相与连续相之间的密度差，依然会在较短时间内出现分层现象，达不到非常稳定的贮存效果.对此，后续可通过调整乳液组成比例或复配其它乳化剂等方法进行改进，以提升乳液稳定性.