Structure of the water/surfactant interface in micelles : an NMR study of SDS micelles labelled with paramagnetic ions

Abstract
A method has been developed for determining the structure of the water/surfactant interface and the configuration of the surfactant molecules in micelles. In this method, NMR is used to measure the magnetic dipolar interactions between the nuclei of the surfactant molecules and paramagnetic counterions adsorbed on the surface of the micelles. The experiment compares the relaxation rates of nuclei belonging to different chemical groups in the surfactant molecules; in some simple cases these relaxation rates only depend on the distances between the nuclei and the ions. Then the measured relaxation rates can be related to the populations of the nuclei in layers located at various depths from the paramagnetic surface. According to the data, the structure of these successive layers in a spherical micelle can be discussed in the following terms : (i) outermost layers containing the hydrated charges (how smooth or regular are they ?) ; (ii) layers of water/hydrocarbon contact (how deep does water penetrate in the micelle ?) ; (iii) layers of the hydrocarbon core (how disorganized is the packing of the surfactant chains ?).

Résumé
On présente une méthode nouvelle pour déterminer la structure de l'interface eau/surfactant et la configuration des molécules dans les micelles de surfactant. Cette méthode consiste à observer par RMN les interactions dipolaires entre les noyaux des molécules de surfactant et des contreions paramagnétiques adsorbés sur la surface de ces micelles. L'experience compare les vitesses de relaxation de noyaux appartenant à différents groupes chimiques dans les molécules de surfactant; dans certains cas simples ces vitesses de relaxation dépendent seulement des distances entre les noyaux et les ions. Ainsi les vitesses de relaxation mesurées peuvent être reliées aux populations des noyaux dans des couches situées à diverses profondeurs de la surface. Les résultats mènent à la discuscussion suivante pour la structure de ces couches successives : (i) couches de surface contenant les charges hydratées (sont-elles lisses ou rugueuses ?); (ii) couches de contact eau/hydrocarbone (jusqu'à quelle profondeur l'eau pénètre-t-elle dans la micelle ?); (iii) couches du coeur hydrocarboné (quel est le degré d'organisation des chaines du surfactant ?).