總結與結論

本研究利用微剖面表征、CLSM分析以及傳統表征方法（接觸角和界面表面張力），全面研究了表面活性劑和鹽度對模擬艙底水乳液穩定性的影響。研究表明，非離子表面活性劑（Triton X-100）穩定的乳液通常比陰離子表面活性劑（SDS）穩定的乳液更不穩定。然而，SDS乳液比Triton X-100乳液更容易受鹽度影響。此外，SDS乳液中的質量傳遞比Triton X-100乳液更易受鹽度影響。似乎馬蘭戈尼不穩定性對艙底水中SDS乳液的影響比對Triton X-100乳液更顯著。本研究也是首次在微尺度上使用微電極原位研究乳液-油界面上的化學相互作用，提供了通過常規方法無法觀察到的具有高空間和時間分辨率的原位化學濃度梯度。從測量的化學微剖面中，研究了質量傳遞對乳液穩定性的影響，發現用陰離子表面活性劑（SDS）穩定的乳液具有較慢的質量傳遞動力學，達到pH平衡所需時間較長，這與乳液穩定性降低相關，表明質量傳遞在跨越油-乳液界面的乳液穩定性中起著重要作用。雖然接觸角和界面張力提供了乳液形成前的固有特性，但需要交叉評估表征參數以準確確定乳液的穩定性，乳液表征的多尺度方法將有助于更好地理解乳液穩定性。通過結合創新的乳液表征方法（例如CLSM和微電極），本文的結果為更好地理解表面活性劑類型和鹽度對船載應用中艙底水乳液形成和穩定性的影響提供了依據。

接觸角測量。由于測試中使用的玻璃基板是親水性的，并且表面活性劑基于其親水親油平衡值(HLB)本質上是水溶性的（親水的），因此無法在玻璃（石英）基板上測量表面活性劑水溶液的接觸角。因此，在NSBM#4溶液（周圍介質）中測量了表面活性劑水溶液的接觸角（圖S5）。使用Triton X-100制備的樣品隨時間顯示出動態變化，Triton X-100溶液的接觸角隨時間從160°降至92°（圖S6）。在較高鹽度下，這種下降要慢得多，可能是由于離子強度增加所致。Triton X-100溶液的靜態接觸角在60秒后測量。

圖S5.(a)油包水懸滴和(b)無表面活性劑、SDS(100 ppm)和Triton X-100(100 ppm)在10??M NaCl的NSBM#4中的接觸角照片。所有測試的周圍介質均為NSBM#4。

圖S6.無表面活性劑（僅DI水）、SDS和Triton X-100溶液在(a)10??M和(b)1 M NaCl的NSBM#4中的接觸角隨時間變化。

油水混合物中的微電極性能驗證。為了驗證電化學微電極在油水混合物中的性能，使用了眾所周知的DO微電極在各種油水條件下進行測試。DO微電極是Clark型傳感器，在同一外殼中結合了參比電極，預計能為被測量相（例如氣體、油或水相）的氧含量提供穩定信號(pA)。設計了一個簡單的實驗來測量通過空氣、油和水相的氧氣濃度。

所有氧氣微剖面的測量均在100μm間隔進行，每次測量間隔30秒等待時間以穩定信號。重復剖面平均以獲得DO剖面，在每次剖面的每個距離點采集三個信號。首先，測量一個樣品的氧氣微剖面，該樣品頂部為礦物油層，底部為飽和氧氣（21%DO）的DI水層。已知氧氣在礦物油中的溶解度為3,345μL/L(1)；因此，預期可以在礦物油層中測量到氧氣。在飽和條件下，所有三相中的氧氣濃度均約為21%DO（圖S9）。使用NSBM#4代替礦物油也測量了類似的氧氣微剖面，結果相似。然后，在另一個樣品中測量氧氣微剖面，該樣品頂部為礦物油層，底部為添加除氧劑（0.1 M抗壞血酸）的DI水層。很明顯，有兩個擴散過程在發生，一個在水相內，一個在油相內。使用NSBM#4和含有除氧劑的DI水也進行了類似的剖面測量，在整個油相和水相中觀察到相似的趨勢。這些剖面清晰地顯示了DO從油相（21%）到含有除氧劑的水相（0%）的擴散。該測試證明電化學傳感器技術適用于表征油到水或水到油相的乳液穩定性和化學物質傳遞。