Untersuchung der Eigenschaften von ionischem Wasser an der Grenzfläche zwischen Tensid und Wasser mittels zeitaufgelöster und 2D-Summenfrequenzerzeugungs-(SFG)-Spektroskopie.

Ein Tensid ist eine chemische Substanz, die sowohl wasseranziehende (hydrophile) als auch wasserabweisende (hydrophobe) Anteile in ihrer Struktur aufweist. Die häufigste Eigenschaft eines Tensids ist seine Fähigkeit, sich an der Wasseroberfläche (sowie an Öl oder einer hydrophoben Substanz) zu adsorbieren. Die hydrophilen (wasseranziehenden) Teile bleiben in Kontakt mit Wasser und die hydrophoben (wasserabweisenden) Teile bleiben vom Wasser fern. Da die wasseranziehenden Teile der Tensidmoleküle ihre eigene chemischen Eigenschaften haben, beeinflussen sie die "grundlegende" chemische Natur der Wassermoleküle in ihrer Nähe. Dieser Effekt wird besonders deutlich, wenn diese hydrophilen Teile des Tensids ionisch (geladen) sind. Abhängig von der Ladung (positiv/negativ) verhalten sich benachbarte Wassermoleküle völlig unterschiedlich.
Mit zeitaufgelösten Summenfrequenzerzeugungsmethoden haben wir Wasser in Kontakt mit dem positiv geladenen Lipid DPTAP (1,2-Dipalmitoyl-3-trimethylammoniumpropan) und dem negativ geladenen Tensid SDS (Natriumdodecylsulfat) untersucht. Bei positiv geladenen Lipiden zeigte das Wasser Heterogenität und dynamisches Verhalten, das sich nicht von Bulk-Wasser unterscheiden lässt. Ein einfaches Modell, das für Bulk-Wasser entwickelt wurde, das den ultraschnellen Energietransfer zwischen Wassermolekülen und die Schwingungsrelaxation berücksichtigt, berücksichtigt die Beobachtungen vollständig. Dies steht im Gegensatz zum Verhalten von Wasser in Kontakt mit negativen Lipiden, für das mindestens zwei verschiedene Sub-Ensembles von Wasser direkt identifiziert werden können. Zwischen diesen beiden Sub-Ensembles findet eine ultraschnelle Energieübertragung statt. Der Unterschied zwischen dem positiven und negativen Tensid kann durch die Ausrichtung der O-H-Gruppen verstanden werden. Bei positiv geladenen Lipiden führt die ladungsinduzierte Ausrichtung der Wassermoleküle dazu, Bulk-Wasser interagiert. Bei negativen Tensiden zeigt die O-H-Gruppe auf das Tensid.