总结与结论

本研究利用微剖面表征、CLSM分析以及传统表征方法（接触角和界面表面张力），全面研究了表面活性剂和盐度对模拟舱底水乳液稳定性的影响。研究表明，非离子表面活性剂（Triton X-100）稳定的乳液通常比阴离子表面活性剂（SDS）稳定的乳液更不稳定。然而，SDS乳液比Triton X-100乳液更容易受盐度影响。此外，SDS乳液中的质量传递比Triton X-100乳液更易受盐度影响。似乎马兰戈尼不稳定性对舱底水中SDS乳液的影响比对Triton X-100乳液更显著。本研究也是首次在微尺度上使用微电极原位研究乳液-油界面上的化学相互作用，提供了通过常规方法无法观察到的具有高空间和时间分辨率的原位化学浓度梯度。从测量的化学微剖面中，研究了质量传递对乳液稳定性的影响，发现用阴离子表面活性剂（SDS）稳定的乳液具有较慢的质量传递动力学，达到pH平衡所需时间较长，这与乳液稳定性降低相关，表明质量传递在跨越油-乳液界面的乳液稳定性中起着重要作用。虽然接触角和界面张力提供了乳液形成前的固有特性，但需要交叉评估表征参数以准确确定乳液的稳定性，乳液表征的多尺度方法将有助于更好地理解乳液稳定性。通过结合创新的乳液表征方法（例如CLSM和微电极），本文的结果为更好地理解表面活性剂类型和盐度对船载应用中舱底水乳液形成和稳定性的影响提供了依据。

接触角测量。由于测试中使用的玻璃基板是亲水性的，并且表面活性剂基于其亲水亲油平衡值(HLB)本质上是水溶性的（亲水的），因此无法在玻璃（石英）基板上测量表面活性剂水溶液的接触角。因此，在NSBM#4溶液（周围介质）中测量了表面活性剂水溶液的接触角（图S5）。使用Triton X-100制备的样品随时间显示出动态变化，Triton X-100溶液的接触角随时间从160°降至92°（图S6）。在较高盐度下，这种下降要慢得多，可能是由于离子强度增加所致。Triton X-100溶液的静态接触角在60秒后测量。

图S5.(a)油包水悬滴和(b)无表面活性剂、SDS(100 ppm)和Triton X-100(100 ppm)在10⁻⁴M NaCl的NSBM#4中的接触角照片。所有测试的周围介质均为NSBM#4。

图S6.无表面活性剂（仅DI水）、SDS和Triton X-100溶液在(a)10⁻⁴M和(b)1 M NaCl的NSBM#4中的接触角随时间变化。

油水混合物中的微电极性能验证。为了验证电化学微电极在油水混合物中的性能，使用了众所周知的DO微电极在各种油水条件下进行测试。DO微电极是Clark型传感器，在同一外壳中结合了参比电极，预计能为被测量相（例如气体、油或水相）的氧含量提供稳定信号(pA)。设计了一个简单的实验来测量通过空气、油和水相的氧气浓度。

所有氧气微剖面的测量均在100μm间隔进行，每次测量间隔30秒等待时间以稳定信号。重复剖面平均以获得DO剖面，在每次剖面的每个距离点采集三个信号。首先，测量一个样品的氧气微剖面，该样品顶部为矿物油层，底部为饱和氧气（21%DO）的DI水层。已知氧气在矿物油中的溶解度为3,345μL/L(1)；因此，预期可以在矿物油层中测量到氧气。在饱和条件下，所有三相中的氧气浓度均约为21%DO（图S9）。使用NSBM#4代替矿物油也测量了类似的氧气微剖面，结果相似。然后，在另一个样品中测量氧气微剖面，该样品顶部为矿物油层，底部为添加除氧剂（0.1 M抗坏血酸）的DI水层。很明显，有两个扩散过程在发生，一个在水相内，一个在油相内。使用NSBM#4和含有除氧剂的DI水也进行了类似的剖面测量，在整个油相和水相中观察到相似的趋势。这些剖面清晰地显示了DO从油相（21%）到含有除氧剂的水相（0%）的扩散。该测试证明电化学传感器技术适用于表征油到水或水到油相的乳液稳定性和化学物质传递。