मिसेल
मिसेल (/maɪˈsɛl/) या मिसेल्ला (/maɪˈsɛlə/) (बहुवचन मिसेल या मिसेल, क्रमशः) सर्फेक्टेंट एम्फीपैथिक लिपिड अणुओं का समुच्चय (या सुपरमॉलेक्यूलर असेंबली) है जो तरल पदार्थ में फैला हुआ है, यह मुख्य रूप से कोलाइड बनाता है (जिसे संबद्ध कोलाइडल प्रणाली भी कहा जाता है)[1]) जलीय घोल में विशिष्ट मिसेल आसपास के विलायक के संपर्क में हाइड्रोफिलिक सिर क्षेत्रों के साथ समुच्चय बनाता है, जो मिसेल केंद्र में जल विरोधी सिंगल-टेल क्षेत्रों को अलग करता है।
यह चरण लिपिड बाईलेयर में सिंगल-टेल लिपिड के लिपिड बिलेयर चरण व्यवहार के कारण होता है। लिपिड सिर समूह के जलयोजन द्वारा अणु पर मजबूर प्रति सिर समूह के क्षेत्र को समायोजित करते हुए, बाइलेयर के इंटीरियर के सभी मात्रा को भरने में कठिनाई, मिसेल के गठन की ओर ले जाती है। इस प्रकार के मिसेल को सामान्य-चरण मिसेल (तेल-इन-वॉटर मिसेल) के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार प्रतिलोम मिसेल के केंद्र में सिर समूह होते हैं और पूंछ बाहर (जल-में-तेल मिसेल) की ओर फैली होती है।
मिसेल आकार में लगभग गोलाकार होते हैं। दीर्घवृत्ताभ, बेलन, और द्विपरत जैसी आकृतियों सहित अन्य चरण भी संभव हैं। इस प्रकार मिसेल का आकार और आकार उसके पृष्ठसक्रियकारक अणुओं की आणविक ज्यामिति और सर्फेक्टेंट एकाग्रता, तापमान, पीएच और आयनिक शक्ति जैसी समाधान स्थितियों का कार्य है। मिसेलस बनाने की प्रक्रिया को मिसेलाइजेशन के रूप में जाना जाता है और यह उनके बहुरूपता (बायोफिजिक्स) के अनुसार कई लिपिडों के चरण व्यवहार का हिस्सा बनता है।[2]
इतिहास
डिटर्जेंट के रूप में कार्य करने के लिए साबुन के घोल की क्षमता को सदियों से पहचाना जाता रहा है। चूंकि, यह केवल बीसवीं शताब्दी की प्रारंभ में था कि इस तरह के समाधानों के संविधान का वैज्ञानिक रूप से अध्ययन किया गया था। इस प्रकार ब्रिस्टल विश्वविद्यालय में जेम्स विलियम मैकबेन द्वारा इस क्षेत्र में अग्रणी कार्य किया गया था। 1913 की प्रारंभ में, उन्होंने सोडियम पामिटेट समाधानों की अच्छी इलेक्ट्रोलाइटिक चालकता की व्याख्या करने के लिए कोलाइडयन आयनों के अस्तित्व को स्वीकार किया था।[3] इन अत्यधिक मोबाइल, सहज रूप से गठित समूहों को मिसेल कहा जाने लगा, जीव विज्ञान से उधार लिया गया शब्द और जीएस हार्टले द्वारा अपनी क्लासिक पुस्तक पैराफिन चेन साल्ट्स: ए स्टडी इन मिसेल फॉर्मेशन में लोकप्रिय किया गया था।[4] इस प्रकार मिसेल शब्द उन्नीसवीं सदी के वैज्ञानिक साहित्य में गढ़ा गया था‑elle लैटिन शब्द का छोटा रूप है mica (कण), छोटे कण के लिए नया शब्द संप्रेषित करना था।[5]
समाधान
अलग-अलग सर्फैक्टेंट अणु जो सिस्टम में हैं लेकिन मिसेल का हिस्सा नहीं हैं उन्हें मोनोमर्रस कहा जाता है। इस प्रकार मिसेल आणविक स्व-विधानसभा का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिसमें आसपास के माध्यम में ही प्रजाति के मोनोमर्स के साथ अलग-अलग घटक ऊष्मागतिकी रूप से संतुलन में होते हैं। पानी में, सर्फेक्टेंट अणुओं के हाइड्रोफिलिक सिर सदैव विलायक के संपर्क में होते हैं, भले ही सर्फेक्टेंट मोनोमर्स के रूप में सम्मिलित हों या मिसेल के हिस्से के रूप में। चूंकि, सर्फेक्टेंट अणुओं के लिपोफिलिक पूंछ का पानी के साथ कम संपर्क होता है, जब वे मिसेल का भाग होते हैं - यह मिसेल गठन के लिए ऊर्जावान ड्राइव का आधार होता है। इस प्रकार मिसेल में, कई सर्फेक्टेंट अणुओं की हाइड्रोफोबिक पूंछ तेल जैसे कोर में एकत्रित होती है, जिसका सबसे स्थिर रूप पानी से कोई संपर्क नहीं होता है। इसके विपरीत, सर्फेक्टेंट मोनोमर्स पानी के अणुओं से घिरे होते हैं जो हाइड्रोजन बांड से जुड़े पिंजरे या सॉल्वैंशन शेल का निर्माण करते हैं। यह पानी का पिंजरा क्लैथ्रेट हाइड्रेट के समान है और इसमें बर्फ जैसी क्रिस्टल संरचना होती है और बर्फ़ हाइड्रोफोबिक प्रभाव के अनुसार चित्रित किया जा सकता है। हाइड्रोफोबिक प्रभाव के अनुसार जल संरचना के आदेश के कारण प्रतिकूल एन्ट्रापी योगदान द्वारा लिपिड घुलनशीलता की सीमा निर्धारित की जाती है।
आयनिक सर्फेक्टेंट से बने मिसेल में उन आयनों के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण होता है जो उन्हें समाधान में घेरते हैं, बाद वाले को काउंटरों के रूप में जाना जाता है। यद्यपि निकटतम प्रतिरूप आंशिक रूप से आवेशित मिसेल (92% तक) को ढक लेते हैं, इस कारण मिसेल आवेश के प्रभाव मिसेल से पर्याप्त दूरी पर आसपास के विलायक की संरचना को प्रभावित करते हैं। इस कारण आयनिक मिसेल मिश्रण के कई गुणों को प्रभावित करते हैं, जिसमें इसकी विद्युत चालकता भी सम्मिलित है। इस प्रकार मिसेल युक्त कोलाइड में लवण मिलाने से विद्युत स्थैतिकी संयोजन की शक्ति कम हो सकती है और बड़े आयनिक मिसेल का निर्माण हो सकता है।[6] सिस्टम के हाइड्रेशन में प्रभावी चार्ज के दृष्टिकोण से यह अधिक सटीक रूप से देखा जाता है।
गठन की ऊर्जा
मिसेल तभी बनते हैं जब सर्फेक्टेंट की सांद्रता महत्वपूर्ण मिसेल सांद्रता (सीएमसी) से अधिक होती है, और सिस्टम का तापमान महत्वपूर्ण मिसेल तापमान या क्रैफ्ट तापमान से अधिक होता है। ऊष्मप्रवैगिकी का उपयोग करके मिसेल के गठन को समझा जा सकता है: एंट्रॉपी और तापीय धारिता के बीच संतुलन के कारण मिसेल सहज प्रक्रिया बना सकते हैं। पानी में, हाइड्रोफोबिक प्रभाव, मिसेल गठन के लिए प्रेरक शक्ति है, इस तथ्य के अतिरिक्त कि सिस्टम के थैलेपी और एन्ट्रापी दोनों के संदर्भ में सर्फैक्टेंट अणुओं को इकट्ठा करना प्रतिकूल है। सर्फैक्टेंट की बहुत कम सांद्रता पर, समाधान में केवल मोनोमर्स सम्मिलित होते हैं। जैसे ही सर्फैक्टेंट की एकाग्रता में वृद्धि होती है, बिंदु पर पहुंच जाता है, जहां अणुओं की हाइड्रोफोबिक पूंछों को क्लस्टर करने से प्रतिकूल एन्ट्रापी योगदान, सर्फेक्टेंट पूंछ के चारों ओर सॉल्वेशन के गोले के रिलीज होने के कारण एन्ट्रापी में लाभ से दूर हो जाता है। इस बिंदु पर, सर्फेक्टेंट भाग की लिपिड पूंछ को पानी से अलग किया जाना चाहिए। इसलिए, वे मिसेल बनाने लगते हैं। मुख्य रूप से सीएमसी के ऊपर, सर्फैक्टेंट अणुओं की असेंबली के कारण एंट्रॉपी की हानि पानी के अणुओं को मुक्त करके एंट्रॉपी में लाभ से कम है जो सर्फैक्टेंट मोनोमर्स के सॉल्वैंशन गोले में फंस गए थे। उत्साही विचार भी महत्वपूर्ण हैं, जैसे कि इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन जो सर्फेक्टेंट के आवेशित भागों के बीच होते हैं।
मिसेल पैकिंग पैरामीटर
मिसेल पैकिंग पैरामीटर समीकरण का उपयोग सर्फेक्टेंट समाधानों में आणविक स्व-विधानसभा की भविष्यवाणी करने में सहायक होते है:[7]
जहाँ पृष्ठसक्रियकारक पूंछ मात्रा है,यहाँ पर पूंछ की लंबाई है, और समुच्चय सतह पर प्रति अणु संतुलन क्षेत्र है।
कोपोलाइमर मिसेल को ब्लॉक करें
छोटे सर्फेक्टेंट अणुओं के कोर-कोरोना समुच्चय का वर्णन करने के लिए मिसेलस की अवधारणा को प्रस्तुत किया गया था, चूंकि यह चयनात्मक सॉल्वैंट्स में एम्फीफिलिक कॉपोलीमर के समुच्चय का वर्णन करने के लिए भी विस्तारित किया गया है।[8][9] इन दोनों प्रणालियों के बीच के अंतर को जानना महत्वपूर्ण है। इन दो प्रकार के समुच्चय के बीच प्रमुख अंतर उनके बिल्डिंग ब्लॉक्स के आकार में है। इस प्रकार सर्फैक्टेंट अणुओं में आणविक द्रव्यमान होता है जो सामान्यतः कुछ सौ ग्राम प्रति मोल होता है जबकि ब्लॉक कॉपोलिमर सामान्यतः परिमाण के या दो क्रम बड़े होते हैं। इसके अतिरिक्त बड़े हाइड्रोफिलिक और हाइड्रोफोबिक भागों के लिए धन्यवाद, सर्फेक्टेंट अणुओं की तुलना में ब्लॉक कॉपोलिमर में अधिक स्पष्ट उभयप्रेमी प्रकृति हो सकती है।
बिल्डिंग ब्लॉक्स में इन अंतरों के कारण, कुछ ब्लॉक कॉपोलिमर मिसेल सर्फेक्टेंट की तरह व्यवहार करते हैं, जबकि अन्य नहीं करते हैं। इसलिए यह आवश्यक है कि दो स्थितियों के बीच अंतर किया जाए। पूर्व वाले गतिशील मिसेल से संबंधित होंगे जबकि बाद वाले को काइनेटिक रूप से जमे हुए मिसेल कहा जाता हैं।
गतिक मिसेल्स
कुछ एम्फीफिलिक ब्लॉक कॉपोलीमर मिसेलस सर्फेक्टेंट मिसेल्स के समान व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। इन्हें सामान्यतः गतिशील मिसेल कहा जाता है और सर्फेक्टेंट एक्सचेंज और मिसेल विखंडन / पुनर्संयोजन को सौंपी गई समान विश्राम प्रक्रियाओं की विशेषता होती है। चूंकि विश्राम की प्रक्रिया दो प्रकार के मिसेल के बीच समान होती है, यूनिमर एक्सचेंज के कैनेटीक्स बहुत अलग होते हैं। जबकि सर्फेक्टेंट सिस्टम में यूनिमर्स आणविक प्रसार-नियंत्रित प्रक्रिया के माध्यम से मिसेल को छोड़ते हैं और जुड़ते हैं, कॉपोलिमर के लिए प्रवेश दर स्थिर प्रसार नियंत्रित प्रक्रिया की तुलना में धीमी होती है। इस प्रक्रिया की दर को हाइड्रोफोबिक ब्लॉक के पोलीमराइजेशन की डिग्री 2/3 की शक्ति के घटते हुए शक्ति-नियम के रूप में पाया गया था। यह अंतर मिसेल के कोर से बाहर निकलने वाले कोपोलिमर के हाइड्रोफोबिक ब्लॉक के कोइलिंग के कारण होता है।[10] इस कारण ब्लॉक कॉपोलिमर जो डायनेमिक मिसेल बनाते हैं, सही परिस्थितियों में त्रि-ब्लॉक पूक्सामर्स में से कुछ हैं।
काइनेटिक रूप से जमे हुए मिसेल
जब ब्लॉक कॉपोलिमर मिसेल्स सर्फेक्टेंट मिसेल्स की विशिष्ट विश्राम प्रक्रियाओं को प्रदर्शित नहीं करते हैं, तो इन्हें काइनेटिकली फ्रोजन मिसेल्स कहा जाता है। इन्हें दो तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है: जब मिसेल बनाने वाले यूनिमर्स मिसेल घोल के विलायक में घुलनशील नहीं होते हैं, या यदि कोर बनाने वाले ब्लॉक उस तापमान पर कांचदार होते हैं जिसमें मिसेल पाए जाते हैं। इन स्थितियों में से किसी के मिलने पर काइनेटिक रूप से जमे हुए मिसेल बनते हैं। विशेष उदाहरण जिसमें ये दोनों स्थितियाँ मान्य हैं, वह है पाॅलीस्टीरीन-बी-पॉली (एथिलीन ऑक्साइड)। इस ब्लॉक कॉपोलीमर को कोर बनाने वाले ब्लॉक, पॉलीस्टाइनिन की उच्च हाइड्रोफोबिसिटी की विशेषता है, जिसके कारण यूनिमर्स पानी में अघुलनशील हो जाते हैं। इसके अतिरिक्त, PS में उच्च ग्लास संक्रमण होता है, जो आणविक भार के आधार पर, कमरे के तापमान से अधिक होता है। इन दो विशेषताओं के लिए धन्यवाद, पर्याप्त रूप से उच्च आणविक भार के PS-PEO मिसेलस के पानी के घोल को काइनेटिक रूप से जमे हुए माना जा सकता है। इसका अर्थ यह है कि कोई भी विश्राम प्रक्रिया संभव नहीं है, जो मिसेल समाधान को ऊष्मागतिकी संतुलन की ओर ले जाए।[11] इन मिसेल्स पर अग्रणी कार्य आदि ईसेनबर्ग द्वारा किया गया था।[12] यह भी दिखाया गया था कि कैसे विश्राम प्रक्रियाओं की कमी ने संभावित आकारिकी में बड़ी स्वतंत्रता की अनुमति दी थी।[13]
व्युत्क्रम/व्युत्क्रम मिसेल
एक गैर-ध्रुवीय विलायक में, यह हाइड्रोफिलिक हेड समूहों का आसपास के विलायक के संपर्क में है जो ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल है, जिससे जल-में-तेल प्रणाली को जन्म मिलता है। इस स्थिति में, हाइड्रोफिलिक समूह मिसेल कोर में अनुक्रमित होते हैं और हाइड्रोफोबिक समूह केंद्र से दूर होते हैं। हेडग्रुप चार्ज बढ़ने पर ये उलटा मिसेल आनुपातिक रूप से कम होने की संभावना है, क्योंकि हाइड्रोफिलिक अनुक्रम अत्यधिक प्रतिकूल इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन पैदा करता हैं।
यह अच्छी तरह से स्थापित है कि कई सर्फेक्टेंट/सॉल्वेंट प्रणाली के लिए व्युत्क्रम मिसेल का छोटा अंश अनायास + qe या -de का शुद्ध आवेश प्राप्त कर लेता है, यह चार्जिंग पृथक्करण/एसोसिएशन तंत्र के अतिरिक्त अनुपातहीनता/अनुपात तंत्र के माध्यम से होता है और इस प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक 10-4 से 10−11 तक क्रम में होता है, जिसका अर्थ है कि 100 में से 1 से 100 000 मिसेल में लगभग 1 शुल्क लिया जाएगा।[14]
सुपरमाइसेल्स
सुपरमाइसेल पदानुक्रमित मिसेल संरचना (सुपरमॉलेक्यूलर असेंबली) है जहां व्यक्तिगत घटक भी मिसेल होते हैं। सुपरमाइसेल्स टॉप-डाउन और बॉटम-अप डिज़ाइन नैनोटेक्नोलॉजी|बॉटम-अप केमिकल एप्रोच के माध्यम से बनते हैं, जैसे विशेष रूप से चयनित सॉल्वेंट में रेडियल क्रॉस-स्टार- या डेंडिलियन-जैसे पैटर्न में लंबे बेलनाकार मिसेल की असेम्बली को ठोस नैनोकणों को न्यूक्लिएशन केंद्रों के रूप में कार्य करने के लिए समाधान में जोड़ा जा सकता है और सुपरमाइसेल के केंद्रीय कोर का निर्माण किया जा सकता है। प्राथमिक बेलनाकार मिसेल के तने मजबूत सहसंयोजक बंधों से जुड़े विभिन्न ब्लॉक कॉपोलिमर से बने होते हैं; सुपरमाइसेल संरचना के भीतर वे हाइड्रोजन बंध , इलेक्ट्रोस्टैटिक या सॉल्वोफोबिक इंटरैक्शन द्वारा साथ बंधे होते हैं।[15][16]
उपयोग
जब सर्फैक्टेंट महत्वपूर्ण मिसेल एकाग्रता (सीएमसी) से ऊपर सम्मिलित होते हैं, तो वे पायसीकारकों के रूप में कार्य कर सकते हैं जो सामान्य रूप से अघुलनशील (उपयोग किए जा रहे विलायक में) यौगिक को भंग करने की अनुमति देता हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि अघुलनशील प्रजातियों को मिसेल कोर में सम्मिलित किया जा सकता है, जो स्वयं विलायक प्रजातियों के साथ प्रमुख समूहों की अनुकूल बातचीत के आधार पर बल्क सॉल्वेंट में घुल जाता है। इस घटना का सबसे सरल उदाहरण डिटर्जेंट है, जो खराब घुलनशील लिपोफिलिक सामग्री (जैसे तेल और मोम) को साफ करता है जिसे अकेले पानी से नहीं हटाया जा सकता है। डिटर्जेंट पानी की सतह के तनाव को कम करके भी साफ करते हैं, जिससे सतह से सामग्री को हटाना सरल हो जाता है। सर्फैक्टेंट्स की पायसीकारी संपत्ति भी पायस पोलीमराइजेशन का आधार है।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं में मिसेल की भी महत्वपूर्ण भूमिका हो सकती है। मिकेलर रसायन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को आश्रय देने के लिए मिसेल के आंतरिक भाग का उपयोग करता है, जो कुछ स्थितियों में बहु-चरणीय रासायनिक संश्लेषण को अधिक संभव बना सकता है।[17] चूंकि, मिसेल निर्माण रासायनिक प्रतिक्रियाओं को भी बाधित कर सकता है, जैसे कि जब प्रतिक्रिया करने वाले अणु मिसेल बनाते हैं जो ऑक्सीकरण के लिए अतिसंवेदनशील आणविक घटक को ढाल देते हैं।
मानव शरीर के भीतर वसा में घुलनशील विटामिन और जटिल लिपिड के अवशोषण के लिए मिसेल का निर्माण आवश्यक है। पित्त अम्ल यकृत में बनता है और पित्ताशय द्वारा स्रावित होता है जो फैटी एसिड के मिसेल को बनने देता है। यह छोटी आंत द्वारा मिसेल के भीतर जटिल लिपिड (जैसे, लेसिथिन) और लिपिड-घुलनशील विटामिन (ए, डी, ई, और के) के अवशोषण की अनुमति देता है।
दूध के थक्के बनने की प्रक्रिया के समय, प्रोटिएजों केसीन के घुलनशील भाग के-केसीन या κ-केसीन पर कार्य करते हैं, इस प्रकार अस्थिर माइक्रेलर अवस्था उत्पन्न होती है जिसके परिणामस्वरूप थक्का बनता है।
सोने के नैनोकणों के रूप में लक्षित दवा वितरण के लिए मिसेल का भी उपयोग किया जा सकता है।
यह भी देखें
- महत्वपूर्ण मिसेल सांद्रता
- माइक्रेलर तरल क्रोमैटोग्राफी
- माइकलर समाधान
- माइकेलर घुलनशीलता
- लिपिड बिलेयर
- लाइपोसोम
- वेसिकल (जीव विज्ञान)
संदर्भ
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