表面張力儀的分類

表面張力儀是用于測(cè)量液體表面張力值的測(cè)定儀器，通過(guò)白金板法、白金環(huán)法、氣泡法、懸滴法、滴體積法以及滴重法等原理，實(shí)現(xiàn)液體的表面張力值的測(cè)量。同時(shí)，利用軟件技術(shù)，可能測(cè)得隨時(shí)間變化而變化的表面張力值。表面張力儀又稱界面張力儀。通?？梢詼y(cè)試界面張力也可測(cè)表面張力。

表面張力儀的分類

表面張力儀根據(jù)所使用的技術(shù)不同，按測(cè)試原理可分為如下幾類：

白金環(huán)法表面張力儀；白金板法表面張力儀；大氣泡法表面張力儀；懸滴法表面張力儀；旋轉(zhuǎn)滴法表面張力儀等等。

表面張力儀的分類.

常見的幾種表面張力儀

1、白金環(huán)法表面張力儀

白金環(huán)法表面張力儀又稱環(huán)法，吊環(huán)法表面張力儀，脫環(huán)法表面張力儀。其原理為白金環(huán)法的測(cè)量方法為：(1)將白金環(huán)輕輕地浸入液體內(nèi)；(2)將白金環(huán)慢慢地往上提升，即液面相對(duì)而言下降，使得白金環(huán)下面形成一個(gè)液柱，并終與白金環(huán)分離。白金環(huán)法表面張力儀就是去感測(cè)一個(gè)z高值，而這個(gè)z高值形成于白金環(huán)與液體樣品將離而未離時(shí)。這個(gè)z高值轉(zhuǎn)化為表面張力值的精度取決于液體的粘度。

由于這個(gè)方法很早被使用，故而原有表面張力儀基本均采用這種方法，現(xiàn)有很多數(shù)據(jù)也是用這種方法測(cè)得。缺點(diǎn)：應(yīng)用于有粘度樣品以及表面活性劑的測(cè)值時(shí)會(huì)存在問(wèn)題，主要體現(xiàn)為，其一，它會(huì)將粘度計(jì)算在內(nèi)而導(dǎo)致無(wú)法測(cè)值；其二，它僅能測(cè)試一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的表面張力值而無(wú)法實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間變化表面張力值的測(cè)試。

2、白金板法表面張力儀

白金板法表面張力儀又稱板法表面張力儀或表面張力儀。其原理為：當(dāng)感測(cè)白金板浸入到被測(cè)液體后，白金板周圍就會(huì)受到表面張力的作用，液體的表面張力會(huì)將白金板盡量地往下拉。當(dāng)液體表面張力及其他相關(guān)的力與平衡力達(dá)到均衡時(shí)，感測(cè)白金板就會(huì)停止向液體內(nèi)部浸入。這時(shí)候，儀器的平衡感應(yīng)器就會(huì)測(cè)量浸入深度，并將它轉(zhuǎn)化為液體的表面張力值。

采用白金板法的表面張力儀需要注意三點(diǎn)：為傳感器的精度與分辨率;第二為白金板的設(shè)計(jì);第三為浮力修正與否。

常見的幾種表面張力儀

3、氣泡法表面張力儀

z大氣泡法表面張力儀又稱泡壓法表面張力儀，BPA表面張力儀。其基本原理為A為表面張力儀，其中間玻璃管F下端一段直徑為0.2mm-0.5mm的毛細(xì)管，B為充滿水的抽氣瓶，C為U型壓力計(jì)，內(nèi)盛比重較小的水或酒精、甲苯等，作為工作介質(zhì)，以測(cè)定微壓差。

將待測(cè)表面張力的液體裝于表面張力儀中，使F管的端面與液面相切，液面即沿毛細(xì)管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細(xì)管內(nèi)液面上受到一個(gè)比A瓶中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差—附加壓力(Δp=p大氣-p系統(tǒng))在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管口液體的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細(xì)管口脫出，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系式為:

Δp=2σ/R

式中，Δp為附加壓力；σ為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。

如果毛細(xì)管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當(dāng)氣泡開始形成時(shí)，表面幾乎是平的，這時(shí)曲率半徑z大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時(shí)曲率半徑R和毛細(xì)管半徑r相等，曲率半徑達(dá)小值，根據(jù)上式這時(shí)附加壓力達(dá)大值。

氣泡進(jìn)一步長(zhǎng)大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。根據(jù)上式，R=r時(shí)的大附加壓力為:Δp大=2σ/r或σ=(r/2)Δp大。實(shí)際測(cè)量時(shí)，使毛細(xì)管端剛與液面接觸，則可忽略氣泡鼓泡所需克服的靜壓力，這樣就可直接用上式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)用密度為ρ的液體作壓力計(jì)介質(zhì)時(shí)，測(cè)得與Δp大相適應(yīng)的大壓力差為Δh大則:σ=(r/2)ρgΔh，當(dāng)將(r/2)ρg合并為常數(shù)K時(shí)，則上式變?yōu)?σ=KΔh，式中的儀器常數(shù)K可用已知表面張力的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得。

缺點(diǎn)：(1)這種表面張力儀通常用于分析表面活性劑反應(yīng)速度快的樣品的測(cè)值，如毫秒級(jí)的，另一種應(yīng)用是用于現(xiàn)場(chǎng)估算用。但一定要注意毛細(xì)管內(nèi)壁的清洗與否一定會(huì)影響到測(cè)值結(jié)果的。(2)壓力傳感器的精度會(huì)影響到測(cè)值。

常見的幾種表面張力儀

4、懸滴法表面張力儀

懸滴法表面張力儀又稱滴體積法表面張力儀，滴重法表面張力儀，表面張力儀。其基本原理為：當(dāng)液體自管口滴落時(shí)，液體的大小與液體的密度和表面張力有關(guān)。落滴重量與管口半徑與液體表面張力有關(guān)。

此方法免除了對(duì)接觸角的要求，擴(kuò)大了滴外形方法的應(yīng)用范圍，但此方法對(duì)防震蕩要求相當(dāng)高，否則難以得到正確的懸滴外形曲線。同時(shí)，本方法對(duì)像素要求較高，其精度取決于分析圖像捕捉過(guò)程的像素多少。常用于以下情況：

(1)特殊空氣環(huán)境或壓力環(huán)境下，真空或惰性氣體條件下測(cè)試表面張力或界面張力值；

(2)高溫條件下測(cè)試物體如錫、煤、瀝清的表面張力或界面張力值；

(3)高粘度樣品的表面張力或界面張力測(cè)值。

5、旋轉(zhuǎn)滴法表面張力儀

旋轉(zhuǎn)滴法表面張力儀遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于液體表面張力的低值的界面張力，我們稱為超低界面張力。而這個(gè)范圍差不多不10-3mN/m。由于這個(gè)表面張力值用以上方法表面張力儀均無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)到，所以，我們只能用旋轉(zhuǎn)滴法表面張力儀測(cè)試。

其原理為：通過(guò)測(cè)定一種液體在不相溶的另一種液體中的停滴的赤道寬度及赤道至液體滴頂點(diǎn)高度，通過(guò)計(jì)算公式計(jì)算出這兩種液體的界面張力值。而要注意的是，它測(cè)得的是界面張力值，必須要求有兩相形成。

采用本方法的儀器只是講理論上可以分辨到某個(gè)數(shù)量級(jí)的表面張力或界面張力值，如果非得測(cè)試值，現(xiàn)在的技術(shù)來(lái)講是有困難的。采用本方法的表面張力儀通常用于如下情況下：

(1)油田三次采油分析表面活性劑或三元驅(qū)或二元驅(qū)的表面張力及界面張力值時(shí)用。

(2)化妝品行業(yè)微乳的界面張力分析。