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表面张力测试之悬滴法

日期:2021-08-21  24人浏览
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    测试液体表面张力的方法有很多种,如通过测量界面两相的压力差,再运用杨氏公式计算表面张力的压力测量法,包括毛细管升高法Capillary-Rise Method)、最大气泡压力法(Maximum Bubble Pressure Method等;运用金属探针与待测界面接触,再通过天平测量作用在探针上的力的力测量法,包括挂环法(Du Nouy Ring Method)、吊片法(Wilhelmy Plate Method)等;基于对一处于力平衡状态的界面形状分析的界面形状分析法,也是一种光学分析法,包括悬滴法(Pendant Drop Method)、滴体积法(Drop Volume Method)、旋转滴法(Spinning Drop Method)等。

    其中,挂环法、吊片法、悬滴法、滴体积法和旋转滴法可用于测定静/动态表面张力和液—液界面张力;毛细管升高法则不能用于测定动态表面张力和液—液界面张力;最大气泡压力法则不能用于测定液—液界面张力,可用于测定动态表面张力。

    这里以悬滴法为例:采用数字图像技术采集液滴从毛细管内挤出悬挂于管口处的图像,通过对图像中液滴外形尺寸的测量,就可推算出液体的表面张力;或将液滴悬挂在另一不相溶溶液中,也可推算出两种液体的界面张力。其计算公式如下:
                    γ=Δρ·g·De2/H          (1)
(1)式中γ为液体表/界面张力;Δρ为液滴相与外相的密度差液体表面张力可取Δρ≈液相密度ρL;g为重力加速度;De为液滴最大直径;H为形状修正系数,即液滴的拉长度。计算时,首先量取液滴的最大横向直径De,然后由液滴最低点O点起在Y轴上量取长度为De,得到OA,由A点作水平线与液滴轮廓相交,得到DsS=DS/De,然后由液滴外形的特征尺寸S查表求得相应的1/H值,代入公式求得表/界面张力γ值。

    悬滴法是一种绝对的测量方法,其假设仅有两点:一是液滴处于表面张力和重力的静力平衡;二是悬滴呈中心轴对称状态。对于粘度在100Pa·S以下的液体做到这两点并不难,只要保证形成的悬滴不要太小就基本能达到要求。基于数字图像的悬滴法唯一需要校正的是图像的放大倍数,这可通过对已知尺寸的、用来形成悬滴的毛细管/针管的图像的同时测量来获得校正,由此引入的系统误差可控制在0.1%左右。

 
 
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