本论文研究高分子与小分子物质在空气／水界面上的混合单分子膜。模型物包括高分子和小分子两亲性物质，其中高分子物质有天然的丝胶蛋白质和合成的聚乙烯吡咯烷酮（PVP，polyvinyl pyrrolidone）；小分子两亲性物质分别采用了脂肪酸类（如硬脂酸、神经酸等）、卵磷脂、合成表面活性剂（如脂肪醇聚氧乙烯醚OP-20等）和无明显极性碳氢化合物（如番茄红素等）。通过丝胶蛋白质溶液来研究单分子膜的动态吸附过程，通过脂肪醇聚氧乙烯醚来研究铺展单分子膜的脱附过程。另一方面，分别研究了番茄红素、硬脂酸、神经酸、PVP和卵磷脂的铺展单分子膜，以及通过番茄红素+硬脂酸、神经酸+卵磷脂等混合单分子膜研究小分子在分子膜内的相互作用，通过神经酸+PVP等混合单分子膜研究高分子与小分子之间的相互作用。首先，采用Wilhelmy吊片法测定一定浓度的丝胶溶液在不同pH条件下的动态表面张力，通过数学经验公式分析动态吸附数据，从吸附模型、吸附分子面积和吸附速率等方面，说明丝胶溶液的动态表面吸附有扩散和动力学吸附两个过程。在不同pH条件下，以丝胶溶液的动态表面张力γ₁-log t，动态表面压π-t，以及ln（dπ／dt）-π作图，根据经验公式推导出丝胶溶液表面张力下降一半时的时间t_1／2，丝胶蛋白质分子吸附控制参数n；丝胶分子在界面上初始渗透和固定时所占面积ΔA₁，以及在界面上重排和再取向时所占面积ΔA₂。结果表明，丝胶蛋白质分子的吸附过程是扩散-动态吸附控制模型；在表面上吸附的丝胶蛋白质分子的构象转变存在两个动态过程，即在界面上的分子发生初始渗透和固定阶段，以及吸附在表面上的分子发生重排和再取向阶段。丝胶溶液的pH值影响动态表面张力和分子吸附面积。在低于丝胶等电点的pH值下，丝胶分子在界面初始吸附和重排面积较小，动态表面张力较高，表面吸附速度较慢；当pH值高于等电点，表面张力变小，吸附速度加快，丝胶在界面吸附的分子面积变大。第二，采用Wilhelmy吊片法测试脂肪醇聚氧乙烯醚在空气／水界面上铺展单分子膜的动态脱附过程。实验结果表明，脂肪醇聚氧乙烯醚（如平平加-20，OP-20）铺展单分子膜的脱附扩散系数约10^-3-10^-4cm²／sec，远远大于溶液表面吸附的扩散系数，因而可溶性单分子膜的脱附能垒远大于溶液表面的吸附能垒。其脱附速率常数表明铺展膜在脱附初期是扩散控制模式，在脱附后期是扩散控制与表面势垒控制的混合控制模式。第三，研究番茄红素与硬脂酸在空气／水界面上形成的超分子复杂体系，即混合单分子膜的结构、相转变和相容性等。由于番茄红素缺乏明显极性基团，它在空气／水界面上铺展的π-A曲线中，即使在分子面积达到0.1nm²时也没有出现固态膜的特征。当番茄红素与硬脂酸混合后，可以得到稳定的单分子膜，但是在较高表面压下会出现相分离现象。在混合膜的崩溃压以上，其π-A曲线出现一个平台区域，随着分子面积进一步降低，表面压升高。因为在较高表面压下，番茄红素分子被挤出混合单分子膜，逐渐以随机形式平躺在硬脂酸单分子膜上而形成多层膜。另一方面，通过加和规则等评价番茄红素和硬脂酸的混合单分子膜性质。混合单分子膜在不同表面压下分子面积的加和原理表明，与理想混合曲线相比，在番茄红素摩尔分数较低时有正偏差，较高时有负偏差。同时，计算了混合单分子膜在不同表面压下的混合能和相互作用常数，说明番茄红素与长链脂肪酸在空气／水界面上的相互作用。第四，研究神经酸和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，polyvinyl pyrrolidone）混合单分子膜在神经酸的摩尔分数0～1.0的表面压-平均分子面积曲线。当混合膜中神经酸的摩尔分数0.1～0.5时，π-A曲线逐渐从纯PVP向位于中部的纯神经酸曲线移动。当混合膜中神经酸的摩尔分数0.6～0.9时，π-A曲线逐渐从图形的上部向位于中部的纯神经酸曲线移动。比较这几条π-A曲线，随着混合膜中神经酸的摩尔分数的增加，混合膜的分子极限面积逐渐减小，平台区域从较长到较短，说明分子膜发生高次热力学转变的阶段越来越短。本文基于混合单分子膜中平均分子面积的加和原则，分析了神经酸和PVP混合单分子膜在不同摩尔分数条件下分子间的相互作用。与加和公式计算的理想曲线相比，实验曲线出现正偏差。正偏差表明混合单分子膜中不同分子间存在排斥力。在0.1～0.5摩尔分数范围内，神经酸与PVP的排斥作用较小；在0.5摩尔分数时，神经酸与PVP的排斥作用最大；在0.6～0.9的摩尔分数范围内，神经酸与PVP分子之间排斥作用仍然较大，导致了单分子膜的“扩张”状态。另一方面，在摩尔分数0.1～0.9范围内，混合单分子膜的崩溃压与理论值相比是正偏差，说明混合单分子膜中的相互排斥作用较强。此外，在不同表面压下的混合自由能ΔG_m对神经酸摩尔分数曲线与理想的混合过剩自由能ΔG_M¹曲线相比出现正偏差。这可能是神经酸分子处于PVP分子中而形成一个疏水微相。混合单分子膜在不同表面压下的相互作用参数（a）和相互作用能（Δh）能定量说明混合膜中分子的相互作用力，与前述的现象一致。同时，研究了神经酸和PVP及其混合单分子膜的静态弹性。神经酸单分子膜有典型的二维状态转变，从气态、液相扩张态、液相凝聚态到固态，其平台区域较长；液相凝聚态的压缩程度最大，静态弹性最大。而PVP单分子膜的气态区域较长；固态的可压缩性最大，静态弹性最大。分别研究了神经酸摩尔分数为0.2和0.8的两种混合单分子膜。摩尔分数0.8的混合单分子膜与神经酸相似，具有神经酸和PVP的加和性，经历了典型的状态转变，其平台区域更长；分别在液相凝聚态、液相扩张态和气态具有较大的压缩程度，其中液相凝聚态的压缩程度最大；混合膜从液相凝聚态向固态转变过程中具有最大的弹性。而摩尔分数0.2的混合单分子膜与PVP相似，也具有明显的加和性，其气态区更长；混合膜在固态有最大的压缩程度和静态弹性。第五，研究神经酸与卵磷脂混合单分子膜在神经酸的摩尔分数0～1.0的表面压-平均分子面积曲线。随着表面压的增加，当接近崩溃压时，神经酸被挤出混合单分子膜，飘浮于卵磷脂单分子膜之上而成多重膜。在摩尔分数0.2～0.8范围内，由实验得出的混合单分子膜的每一个平均分子面积都小于理想曲线；而在0.1和0.9时，则实验值都大于理想值。正偏差表明混合单分子膜中不同分子间存在排斥力，而负偏差表明存在相互吸引力。这也可以解释在0.2～0.8摩尔分数范围内，混合膜中分子之间产生疏水基团的相互吸用作用导致凝聚状态，使得平均分子面积小于理想混合面积。在0.1和0.9时，神经酸和卵磷脂分子的排斥作用导致了单分子膜的扩张状态，使得混合膜的分子面积大于理想值。另一方面，在整个摩尔分数范围内，混合单分子膜的崩溃压与理论值相比是正偏差。然而，在崩溃压下的平均分子面积与理论值相比是负偏差，这说明在混合单分子膜崩溃时，神经酸分子被挤出混合单分子膜，飘浮于卵磷脂单分子膜之上而成多重膜，导致计算出来的分子平均面积小于理想混合膜的分子面积。此外，在不同表面压下的混合自由能ΔG_m对神经酸摩尔分数曲线与理想的混合过剩自由能ΔG_M¹曲线相比出现相似的正偏差，说明这种混合单分子膜出现了相分离现象。混合单分子膜在不同表面压下的相互作用参数（a）和相互作用能（Δh）说明在较高表面压下神经酸分子与卵磷脂分子的相互作用力较弱，神经酸分子会逐渐被挤出混合单分子膜，飘浮于卵磷脂单分子膜之上而成多重膜。