在液气界面具有化学特异性的埃深度分辨率

表面活性剂在日常生活中发挥着重要作用，例如作为肥皂的主要成分。由于它们在结构中具有亲水性和疏水性部分，因此它们会聚集在与空气的水界面处，并会影响溶液的蒸发速率或溶液吸收气体分子的效率，这一过程例如很重要用于将二氧化碳纳入海洋。

表面活性剂如何在水与空气的界面上排列是一个有趣的问题，几个世纪以来一直让科学家着迷，可以追溯到本杰明富兰克林，他注意到食用油对水表面的镇静作用，以及艾格尼丝波克尔斯，他首先做了一些19世纪后期关于该主题的系统实验。

表面活性剂分子在水-空气界面的排列问题不容易回答，因为仔细观察液态水的表​​层需要深入研究水外层的方法，表面活性剂分子位于一层中厚度只有十亿分之一米。

弹性散射电子提供线索

柏林弗里茨哈伯研究所无机化学、分子物理和理论系的科学家最近进行的一项合作调查展示了一种解决这一问题的新方法，该方法基于水——表面活性剂——照射时发射的光电子的弹性散射——通过X射线的蒸气界面。

他们研究的表面活性剂是全氟戊酸，其中5个碳原子中的4个在C1s(内壳)核能级光电子能谱中可以相互区分，特别是分子的亲水端和疏水端可以在实验中相互区分。

全氟戊酸也属于所谓的“永久化学品”类别，最近作为天然水域中的主要污染物而受到关注;这些分子很难去除并对环境造成危害。测量是在柏林附近的同步辐射光源BESSY-II和巴黎附近的SOLEIL的X射线束线上进行的，这些光束线允许改变X射线的线性偏振方向。

极化方向与电子检测器之间的角度决定了检测到的电子信号的强度。作为角度函数的强度分布提供了电子在前往电子探测器的途中经历了多少次弹性“碰撞”的线索。

由于水是一种稠密的介质，来自表面活性剂分子浸入水中较深部分的电子将比从分子伸出到空气中的部分出现的电子经历更多的弹性散射，空气中的密度远低于水.实验表明，弹性散射足够灵敏，可以观察到分子中相邻碳原子的散射差异，这些碳原子之间的距离仅为十亿分之一米(0.1纳米)。

分子动力学模拟提供了标尺

虽然实验定性地显示了分子的预期方向，疏水端指向空气，亲水端指向水，但仅凭实验无法量化分子相对于水-空气界面的平均位置。这可以使用分子动力学模拟来实现，该模拟会随着时间的推移跟随水和表面活性剂分子的轨迹并提供分子尺度的“电影”。

表面活性剂相对于样品表面的平均位置可以从从该电影拍摄的许多快照中确定，并与弹性散射数据进行比较。发现理论计算和实验数据之间有很好的一致性。

这对未来的测量来说是令人鼓舞的，未来的测量将侧重于表面活性剂分子与水中溶解离子的相互作用，这种现象存在于所有自然系统的水-空气界面，包括海洋、河流和含水气溶胶液滴。

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