提高表面活性剂的聚集能力和应用性能主要有两个途径:一是利用经验的构-效关系合成具有新颖结构的新型表面活性剂分子;二是构建表面活性剂的混和体系，或者在表面活性剂中加入比较廉价的无机盐、有机盐以调整表面活性剂的分子间作用力。本文主要研究了如何通过加入多价金属离子，有机盐和构建表面活性剂混合体系等手段来提高Gemini表面活性剂的表面活性，诱导丰富的聚集体形成，进而探索研究了表面活性剂聚集体在增强水溶液中的碱基识别以及在重金属离子选择性浮选方面的应用。　　本研究主要内容包括：⑴研究了多价金属反离子对磺酸盐Gemini表面活性剂1，3-双（N-十二烷基-N-丙基磺酸钠）-丙烷C12C3C12(SO3)2的临界胶束浓度(CMC)以及聚集体形貌的影响，发现多价金属离子可以使CMC降低将近30倍，通过选择合适的金属离子和混合比例，可以诱导C12C3C12(SO3)2球形胶束向囊泡、蠕虫状胶束、片状胶束或者三维网络结构转变。选用的金属离子包括二价金属离子Ca2+，Mg2+，Cu2+，Zn2+，Mn2+，Co2+和Ni2+以及三价金属离子Al3+，Fe3+和Cr3+。采用等温滴定微量热(ITC)研究了所有金属离子与C12C3C12(SO3)2的相互作用，根据量热曲线反应出的不同的分子间作用过程以及滴定后体系的宏观状态，将这些金属离子分成了四类(Ⅰ)Cu2+和Zn2+;(Ⅱ) Ca2+，Mn2+和Mg2+;(Ⅲ) Ni2+和Co2+;(Ⅳ)Cr3+，Al3+和Fe3+。Cu2+，Mg2+，Ni2+和Al3+被选作这四类金属离子的代表，进一步研究了其与C12C3C12(SO3)2的相互作用。研究结果表明，C12C3C12(SO3)2与多价金属离子之间的相互作用不仅局限于静电相互作用，而且常常包含了配位作用。Cu2+的加入可以诱导球形胶束向伸长状胶束以及片状聚集体的转变;Al3+和Ni2+的加入，诱导了囊泡和蠕虫状胶束的形成;Mg2+的加入诱导了三维网络结构的形成。同时研究还发现C12C3C12(SO3)2对Mg2+和Ni2+有很高的耐受能力，即使其混合比例达到电中性点，体系依然可以保持良好的溶解性。⑵以SDS/C12C3C12(SO3)2混合体系作为浮选剂对Cr3+，Cu2+和Ni2+混合溶液中的金属离子进行了选择性分离，研究发现可以通过调节SDS的浓度将Cr3+与其他两种金属离子分离;而Cu2+和Ni2+可以通过调节SDS/C12C3C12(SO3)2体系的混合比例和浓度来达到分离的效果。ITC曲线的拟合结果表明当SDS/C12C3C12(SO3)2的混合比例(Xg）小于等于0.10时，两种表面活性剂均以单体状态存在，可以对两种金属离子进行同时分离，但对金属离子没有选择性。当0.10＜Xg＜0.30之间时，体系中同时存在混合胶束和过剩的SDS单体，混和胶束与Cu2+结合，使其被截留在水溶液中;而Ni2+被溶液中自由的SDS单体结合，从而随着泡沫的鼓出被分离。实现这一结果的条件是两种表面活性剂具有相同的电性，协同作用较弱，并且具有显著的CMC差异，使得两种表面活性剂在形成混合胶束时，一方还能以单体的形式存在于溶液中。当Xg≥0.30时，两种表面活性剂主要以混合胶束的形式存在，所有的金属离子都被胶束结合，不能被泡沫浮选。⑶采用单链、Gemini和线性三聚阳离子表面活性剂（DTAB，12-3-12，12-3-12-3-12）在单磷酸鸟苷(GMP)的作用下构建了球形胶束、囊泡、指纹状胶束、片状胶束等聚集体，研究发现这些聚集体对Watson/Crick(W/C)识别的促进作用按照Gemini表面活性剂指纹状胶束＜三聚表面活性剂囊泡＜Gemini表面活性剂球形胶束＜单链表面活性剂囊泡＜ Gemini表面活性剂片状胶束的顺序逐步增强。通过紫外、ζ电势、粒度测试和cryo-TEM等手段确定了聚集体的形貌转变，采用一维核磁氢谱，NOE等实验表征了GMP在聚集体中的位置，并进一步由等温滴定微量热法(ITC)研究了不同碱基与GMP间的识别作用。结果表明，Gemini表面活性剂形成的指纹状胶束由于其自身的W/C识别位点被占据，导致其不能和配对的碱基识别;三聚表面活性剂和GMP形成的囊泡，由于其过强的自聚集能力导致了聚集体排列非常紧密，只能识别与其具有相同分子结构的鸟嘌呤，不能再与其他碱基识别;Gemini表面活性剂胶束对水溶液中的氢键识别有增强作用，但是对四种碱基识别没有特异性;单链表面活性剂形成的囊泡和Gemini表面活性剂形成的片状结构同时提供了相对疏水的环境并且屏蔽了非W/C方向的识别，可以构建有效的W/C识别。研究表明曲率小、尺寸大的表面活性剂聚集体（囊泡和片状胶束）不仅可以提供合适的疏水环境，削弱水分子的竞争作用，而且屏蔽了非W/C识别的方向，使DNA碱基之间的W/C识别明显增强。⑷研究了带相反电荷的Gemini表面活性剂协同降低CMC的能力，结果表明并非两种表面活性剂之间的分子间相互作用越强其降低混合CMC的能力就越强，过于强烈的分子间相互作用可能会导致其在溶液中形成没有表面活性的预胶束，导致混合CMC的升高。研究的表面活性剂分子包括阴离子磺酸盐Gemini表面活性剂C12C3C12(SO3)2、连接基团为烷基链的阳离子季铵盐Gemini表面活性剂1，4-二(烷基二甲基)溴化丁二铵(CnC4Cn，n=12，8，6)、连接基团带有两个羟基的1，4-二(烷基二甲基)-2，3-二羟基溴化丁二铵(CnC4(OH)2Cn，n=12，8，6，4)以及阳离子季铵盐单链表面活性剂烷基三甲基溴化铵(CnTAB，n=12，8，6)。采用表面张力，电导和等温滴定微量热(ITC)的手段对体系的表面活性，胶束前聚集行为以及分子间相互作用做了研究。C12C3C12(SO3)2/CnC4(OH)2Cn(n=12，8)和C12C3C12(SO3)2/C12C4C12的混合体系表现出了反常升高的CMC值，而C12C3C12(SO3)2/CnC4(OH)2Cn(n=6,4), C12C3C12(SO3)2/CnC4(OH)2Cn(n=6,4)和C12C3C12(SO3)2/CnTAB(n=12，8，6)的混合体系表现出了低于纯的C12C3C12(SO3)2的CMC值。电导实验表明CMC上升的体系中均有胶束前预聚集体的存在，而CMC下降的体系中均有离子对的存在，预聚集体的形成导致了CMC的反常升高。ITC实验进一步证明了预胶束的形成主要是由疏水作用驱动，当阳离子表面活性剂的烷基链的长度减小时，表面活性剂分子之间的疏水相互作用减弱，导致体系形成预聚集体的能力下降，使CMC有所降低;而连接基团之间的氢键作用也有利于预聚集体的形成。