表面張力儀的分類(lèi)

表面張力儀是用于測量液體表面張力值的測定儀器，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)現液體的表面張力值的測量。同時(shí)，利用軟件技術(shù)，可能測得隨時(shí)間變化而變化的表面張力值。表面張力儀又稱(chēng)界面張力儀。通?？梢詼y試界面張力也可測表面張力。

表面張力儀的分類(lèi)

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

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；旋轉滴法表面張力儀等等。

表面張力儀的分類(lèi).

常見(jiàn)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(chēng)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)法的測量方法為：(1)將白金環(huán)輕輕地浸入液體內；(2)將白金環(huán)慢慢地往上提升，即液面相對而言下降，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，現有很多數據也是用這種方法測得。缺點(diǎn)：應用于有粘度樣品以及表面活性劑的測值時(shí)會(huì )存在問(wèn)題，主要體現為，其一，它會(huì )將粘度計算在內而導致無(wú)法測值；其二，它僅能測試一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的表面張力值而無(wú)法實(shí)現隨時(shí)間變化表面張力值的測試。

2、白金板法表面張力儀

白金板法表面張力儀又稱(chēng)板法表面張力儀或表面張力儀。其原理為：當感測白金板浸入到被測液體后，白金板周?chē)蜁?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。當液體表面張力及其他相關(guān)的力與平衡力達到均衡時(shí)，感測白金板就會(huì )停止向液體內部浸入。這時(shí)候，儀器的平衡感應器就會(huì )測量浸入深度，并將它轉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;第二為白金板的設計;第三為浮力修正與否。

常見(jiàn)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(chēng)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的毛細管，B為充滿(mǎn)水的抽氣瓶，C為U型壓力計，內盛比重較小的水或酒精、甲苯等，作為工作介質(zhì)，以測定微壓差。

將待測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，液面即沿毛細管上升，打開(kāi)抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細管內液面上受到一個(gè)比A瓶中液面上大的壓力，當此壓力差—附加壓力(Δp=p大氣-p系統)在毛細管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細管口液體的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細管口脫出，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。

如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當氣泡開(kāi)始形成時(shí)，表面幾乎是平的，這時(shí)曲率半徑z大；隨著(zhù)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和毛細管半徑r相等，曲率半徑達小值，根據上式這時(shí)附加壓力達大值。

氣泡進(jìn)一步長(cháng)大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。根據上式，R=r時(shí)的大附加壓力為:Δp大=2σ/r或σ=(r/2)Δp大。實(shí)際測量時(shí)，使毛細管端剛與液面接觸，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)行計算。當用密度為ρ的液體作壓力計介質(zhì)時(shí)，測得與Δp大相適應的大壓力差為Δh大則:σ=(r/2)ρgΔh，當將(r/2)ρg合并為常數K時(shí)，則上式變?yōu)?σ=KΔh，式中的儀器常數K可用已知表面張力的標準物質(zhì)測得。

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

常見(jiàn)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(chēng)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)。

此方法免除了對接觸角的要求，擴大了滴外形方法的應用范圍，但此方法對防震蕩要求相當高，否則難以得到正確的懸滴外形曲線(xiàn)。同時(shí)，本方法對像素要求較高，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試表面張力或界面張力值；

(2)高溫條件下測試物體如錫、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值。

5、旋轉滴法表面張力儀

旋轉滴法表面張力儀遠遠低于液體表面張力的低值的界面張力，我們稱(chēng)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)法準確測到，所以，我們只能用旋轉滴法表面張力儀測試。

其原理為：通過(guò)測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)計算公式計算出這兩種液體的界面張力值。而要注意的是，它測得的是界面張力值，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)數量級的表面張力或界面張力值，如果非得測試值，現在的技術(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或二元驅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。