表面张力测量

表面张力来自液体分子之间的凝聚力量。同样体积,分子相互作用相互向四面八方扩散。然而,在表面,分子没有在相同的邻居。因此,净进口力把分子体积。这产生一个属性称为表面张力。表面张力是多高,是依赖于类型的分子相互作用。例如,水的表面张力高,水分子通过氢键相互作用相对强劲。

有几个不同的单位表面和界面张力;通常mN / m(相当于达因/厘米)。

表面张力测量广泛应用于许多工业领域因为它有着直接的影响传播的涂料配方这是用来描述表面活性剂解决方案等等。

测量表面张力可以执行的力张力计。这些工具都是基于测量的力在探测器定位达到气液或液-液界面。探测器是连接到一个非常敏感的利益平衡和液体界面进入接触探针。力量的平衡作为探针与液体的表面可以用来计算表面张力。力取决于以下因素:大小和形状的探测器,探测器之间的接触角和液体,液体的表面张力。探针的大小和形状很容易控制。探测通常是由铂这有助于确保零度探针和液体之间的接触角进行了研究。两种构型的探针是常用的;杜Nouy环和Wilhelmy板。也可以使用一个金属杆代替Wilhelmy板当样本容量是有限的。

杜Nouy环法

该方法利用一个白金戒指作为探针。戒指是淹没在界面通过移动阶段液体容器。浸泡后,舞台的高度逐渐降低,环最终将通过接口带来了半月板的液体。如果容器是进一步降低最终半月板撕裂的戒指。在此事件之前,体积的力(因此)半月板通过最大值并开始下降之前实际的撕裂事件。

表面张力的计算是基于测量的最大力量。的浸没深度环和环的水平提高时经历的最大拉这个技术是无关紧要的。最初的计算是基于与无限环直径(或线),不考虑多余的液体,停在了由于邻近环的一侧。直属的部分流体环没有由于表面张力的力量——而是毛细管力。然而,这种液体,有助于阅读的力量平衡,从而增加大约7%的测量表面张力值。今天修正因素通常使用自动软件计算减去占这多余的液体。使用校正因子时,液体的密度,或在界面张力测量两种液体之间的密度差,必须已知。

Wilhelmy板方法

该方法利用粗糙铂板作为调查。这种技术的计算是基于完全润湿的周边板接触液体。在这种方法中探针的位置相对于表面具有重要意义。随着液体表面被带进接触探针,仪器将检测的确切时刻接触通过注册改变力的调查。这个职位将被贴上“零浸没深度”。然后沉浸到一组板深度低于这个值(通常为几毫米到接口)。当板后回到zero-depth浸,力记录。力影响Wilhelmy板可以写成

F =γ_lPcosθ,

,γ_l液体的表面张力,P的周长是板(P = 2 w + 2 t)和θ之间的接触角板和液体。假设完全润湿,接触角是0,Cosθ= 1。表面张力可以计算的

γ_l= F / P

Wilhelmy板测量也可以在所谓的静态或连续方式完成Wilhelmy板仍在接触液体在整个测量周期。

铂杆

上述方法都需要一个相对大量的液体(通常高于10毫升)被用来确保完全润湿的调查。可以使用一个样本容器小直径减少所需的总量。然而,有一个限制。当样本容器和探针的边缘太近,可以平衡影响的半月板形式之间的液体和船的边缘。为了避免这个问题,用户必须允许足够的空间探测器和侧壁之间的样本容器,~ 2毫米左右。

对于任何的这些技术,影响测量精度的准确性与哪一个措施探针的几何形状。铂杆的测量精度可能会低于du Nouy环或Wilhelmy板转化为更大的表面/界面张力结果中的错误。因此,铂金杆方法只建议当样品的体积是有限的。方法和计算是基于同样的原则作为Wilhelmy板的方法。

光学表面张力计利用测量静态和semi-dynamic表面张力值。光学表面张力计的主要组件是一个相机,分配器分配一个下降,样品阶段,光源照亮样本上的下降阶段。光学表面张力计的范围从完全手工系统完全自动化的工具。

悬滴法

表面张力的测量可以执行光使用悬滴形状分析。把挂在一根针的形状决定的力的平衡,包括液体的表面张力而接受调查。

相关的表面或界面张力下降形状

γ=ΔρgR₀/β

,其中γ是表面张力,Δρ液体之间的密度差,g是引力常数,R₀是滴在顶点曲率半径,β是形状的因素。β可以通过定义Young-Laplace方程表示为3无量纲一阶方程。

现代计算方法使用迭代近似允许Young-Laplace方程的解决方案被发现。因此,表面或界面张力之间的任何两个非混相流体与已知的密度可以确定。光学张力测量学液滴的大小是重要的,它应该有一个撕裂或吊坠的形状。必须注意确保针尖端形状并不影响下降。测量表面张力时,液体和气体(通常为空气)密度差异足够大,卷5μl 20μl之间通常足以提供吊坠或撕裂的形状。在测量界面张力,密度差和界面张力影响所需的体积达到吊坠或眼泪的形状。作为一个指导原则,密度差越小,体积越大。

不断上升的泡沫

还有一个可能性来测量表面张力在倒置的测量。这个方法的名字不是建立但是它有时被称为一个崛起的泡沫或倒置的吊坠。该方法经常用来测量界面张力两个水火不相容的,但它也可以用于表面张力测量。在这种方法中,液体装在一个透明的小池和连接针是用来创建一个气泡。表面张力计算以同样的方式与一个标准的悬滴实验。在表面张力测量,该方法主要用于表面张力测量需要做很长。

大多数时候,表面张力测量在环境条件,但在某些情况下,温度,甚至压力需要控制。

温度控制是可能的张力计光学和力量。力张力仪,量杯可以冷却或加热到所需的温度。温度范围从-20°C到200°C。

光学表面张力计,测量是通过在试管中的液体冷却或加热。崛起的泡法用于定义表面张力值。

光学表面张力计,也可以测量表面张力的压力下。这是很重要的,特别是在强化采油应用高温和压力需要评估现象在储层条件。压力控制还需要,如果需要加热水溶液接近和超过100°C阻止泡沫的形成。

有几个用于表面张力的测量标准。最标准的利用力张力仪du Nouy环或Wilhelmy板方法,但还有一个标准使用悬滴表面张力测量方法。