挥发性两亲分子气-液界面传质定量表征：实验与理论模型的突破性整合

本研究针对挥发性两亲分子（如香叶醇和薄荷醇）在气-液界面的传质动力学难题，通过结合动态界面张力测量与混合屏障-扩散模型，首次实现了吸附/解吸速率常数（kv,ads/kv,des）的精准测定。研究揭示了湿度依赖的蒸发机制差异，并开发了适用于五种香料分子的半经验模型，为化妆品和药物递送系统的设计提供了关键参数。

　　

在香水、药品和食品工业中，挥发性两亲分子如香叶醇和薄荷醇的应用极为广泛，但其在气-液界面的传质机制长期缺乏定量表征手段。这类分子具有低饱和蒸气压、适度水溶性和显著表面活性的特点，其传质效率直接影响产品性能，但现有研究对吸附/解吸动力学的描述仍停留在定性阶段。更棘手的是，传统模型无法区分扩散控制与能垒控制的相对贡献，导致预测结果与实验偏差显著。

为解决这一难题，国内某研究团队在《JCIS Open》发表论文，创新性地将动态界面张力测量与理论模型结合。通过最大气泡压力法（MBPM）和悬滴法（DSA）获取精确的σ(t)数据，结合范德瓦尔斯型吸附等温线，首次实现了瞬时吸附量Γ(t)的定量反演。研究团队进一步开发混合屏障-扩散模型，成功解析了香叶醇和薄荷醇从气相到液滴的传质过程，测定其吸附速率常数分别为3.20±0.01 mm/s和7.50±0.02 mm/s。

关键技术包括：1）MBPM测定动态界面张力σ(t_age)；2）悬滴法追踪蒸发过程中液滴体积变化；3）建立包含D_v（气相扩散系数）和k_v,ads的耦合扩散方程；4）开发基于吸附长度h_a的半经验模型。

3. 吸附层平衡特性
通过范德瓦尔斯型吸附模型拟合表面张力等温线，揭示薄荷醇的分子排除面积（34.6 ?²）大于香叶醇（30 ?²），且其吸附自由能（9.51 k_BT）更高。表面弹性E_s分析显示，香叶醇在低浓度时弹性较弱，但超过0.4 mM后反超薄荷醇。

4. 气-液传质动力学
混合模型精确重现了σ(t)曲线（R²>0.9995），证实薄荷醇传质受更强能垒控制。蒸发实验发现，当相对湿度调控水蒸发时，会引发对流增强传质，导致传统模型偏离实验数据。

5. 半经验模型验证
建立的简化模型α_mt=f(D_v,k_v,ads,a)成功预测五种香料分子的蒸发速率，其中柠檬醛因最长解吸时间（15.7 s）表现出最强界面滞留能力。

该研究首次建立了挥发性两亲分子传质的完整定量框架，其意义在于：1）为TRPM8/TRPV3靶向药物（如薄荷醇镇痛剂）的经皮渗透优化提供参数；2）揭示湿度对香料释放速率的影响机制，指导控释配方设计；3）开发的半经验模型可快速评估分子蒸发特性，避免复杂计算。特别是发现薄荷醇通过激活TRPM8/TRPV3通道的双模效应，其传质动力学与药理活性直接相关，为多功能制剂开发开辟新思路。