界面張力測(cè)量?jī)x定義：

界面張力測(cè)量?jī)x分類

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：

 

1,、白金環(huán)法：

又稱du Nouy Ring method,，du Nouy環(huán)法,吊環(huán)法,，脫環(huán)法。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)法就是去感測(cè)一個(gè)高值，而這個(gè)高值形成于白金環(huán)與液體樣品將離而未離時(shí),。這個(gè)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,。

☆選購(gòu)本原理的時(shí)的特殊注意點(diǎn)：

本方法在應(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,。因而，現(xiàn)在大部客戶很長(zhǎng)選擇以白金環(huán)法為主要測(cè)試原理的,。

同時(shí),，作為選購(gòu)，一定要注意白金環(huán)的設(shè)計(jì)問(wèn)題,，特別是白金環(huán)的粗細(xì)設(shè)計(jì)一定要看是否符合要求,。目前我們掌握的信息是國(guó)產(chǎn)的，特別承德系和山東系的白金環(huán)大部均不符合要求,。

2,、白金板法：

又稱Wilhelmy板法或Wilhelmy Plate method 。但提醒您注意的是,，白金板法表面張力儀與有些客戶所稱吊板法表面張力儀有明顯區(qū)別,。吊板法的基本原理仍然是白金環(huán)法的原理而不是白金板法的原理。上海梭倫研制的A20系列具有經(jīng)典白金板法和改進(jìn)的白金板法兩種測(cè)值方法,，其中經(jīng)典白金板法即指吊板法或吊片法,。

白金板法的原理為：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。

☆選購(gòu)本原理的時(shí)的特殊注意點(diǎn)：

整個(gè)測(cè)值原理很清楚的告訴了我們,，采用白金板法的需要注意三點(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,。所以,，選購(gòu)時(shí)建議客戶也按這些各類區(qū)別。

現(xiàn)在好的儀器均采用了白金板法原理的,，也采用了相應(yīng)的浮力正式方式,。而目前一些國(guó)產(chǎn)的，包括原來(lái)梭倫科技提供技術(shù)委托代工的BZY系列均會(huì)存在浮力修正值的問(wèn)題,，總會(huì)存在一個(gè)測(cè)值不準(zhǔn)的問(wèn)題,。

3、大氣泡法：

又稱泡壓法,BPA ,。其基本原理為A為，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中,，使F管的端面與液面相切，液面即沿毛細(xì)管上升,，打開(kāi)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: （7） 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(kāi)始形成時(shí),，表面幾乎是平的,，這時(shí)曲率半徑大;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: （8） 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: （9） 當(dāng)將 合并為常數(shù)K時(shí),，則上式變?yōu)? （10） 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,。

☆選購(gòu)本原理的時(shí)的特殊注意點(diǎn)：

（1）大氣泡法現(xiàn)在中國(guó)國(guó)內(nèi)主要有兩種儀器，一種為國(guó)產(chǎn)的用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)用的儀器,，通常設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單,，價(jià)格相當(dāng)便宜，但不建議客戶作為測(cè)值用,。另一種是進(jìn)口的大氣泡法,，通常稱為BPA **的型號(hào)或稱為便攜式的，但報(bào)價(jià)通常為10萬(wàn)或以上,。在選購(gòu)時(shí)注意,，這種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。所以,，測(cè)值精度問(wèn)題值得去進(jìn)一步探討,。

（2）壓力傳感器的精度會(huì)影響到測(cè)值。

所以,，除非是特殊應(yīng)用,，我們不建議客戶本方法儀器作為測(cè)值的。

3,、懸滴法：

又稱滴體積法,，滴重法,，Pendant Drop。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,。

☆選購(gòu)本原理的時(shí)的特殊注意點(diǎn)：

本方法的由于測(cè)值精度問(wèn)題,，通常不作為選購(gòu)表面張力儀的。但如果遇到如下樣品的測(cè)值時(shí),，建議客戶可以作為考慮：

（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,。
 

4,、旋轉(zhuǎn)滴法：

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)法測(cè)到,，所以,，我們只能用旋轉(zhuǎn)滴法測(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，他測(cè)得的是界面張力值,，必須要求有兩相形成,。

但一定要注意，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,，我們現(xiàn)在的技術(shù)來(lái)講是有困難的。

目前,，采用本方法的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,。

選購(gòu)旋轉(zhuǎn)滴法 的用戶，建議您看一下本如下內(nèi)容：

http://www.surface-science.com.cn/surface_tensiometer_12.html
 

選購(gòu)思路的確定

1,、測(cè)試原理熟悉

2,、使用需求和精度要求

您可能有不同的測(cè)試需求,，你可以向生產(chǎn)廠或代理商咨詢參數(shù)后進(jìn)行決策，決定采購(gòu)哪些型號(hào)或測(cè)試原理的,。提醒您注意的是,，不同設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致不同的測(cè)試精度。白金環(huán)法,、白金板法,、懸滴法、旋轉(zhuǎn)滴法或滴體積法等由于測(cè)試原理作用,，導(dǎo)致測(cè)值的誤差是不一樣的,。而不是有些生產(chǎn)廠或代理商所稱的把表面張力儀的分辨率作為測(cè)試精度或故意提高測(cè)值精度的寫(xiě)法。我們認(rèn)為,，測(cè)試精度是指兩次測(cè)值的重復(fù)性以及測(cè)試值與液體的表面張力值的一致性,。舉例來(lái)說(shuō)，如果您測(cè)試的是水的表面張力值,，白金板法表面張力儀可以實(shí)現(xiàn)72.8mN/m或達(dá)因/cm的值,，溫度必須控制在20攝氏度時(shí)，那么這臺(tái)是好的,。而作為比較,，白金環(huán)法可能無(wú)法測(cè)得這個(gè)值有時(shí)因測(cè)值精度問(wèn)題可能無(wú)法測(cè)到的值。而重復(fù)測(cè)試時(shí),，是否誤差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),。這就是考察精度的關(guān)鍵所在。
通常而言,，如果是從原理上講都能夠測(cè)試的樣品,，我們認(rèn)為其測(cè)值精度或誤差范圍是這樣的一個(gè)關(guān)系
圖像外形分析法（如旋轉(zhuǎn)滴、懸滴法,、滴體積法）＞大氣泡法＞稱重法（白金板法和白金環(huán)法）,。

稱重法（白金板法和白金環(huán)法）的測(cè)值精度取決于：
（1）傳感器精度；（2）白金板設(shè)計(jì)精度,；（3）如果采用白金板法的還取決于浮力修正精度,。
 

3、生產(chǎn)廠和代理商的資格更為關(guān)鍵

現(xiàn)有的到底有哪些？

A 標(biāo)準(zhǔn)型： （1）進(jìn)口：日本KYOWA CBVP-A3型/CBVP-Z,、KSV sigma703型/702型,、Kruss表面張力儀K9型/K11型、法國(guó)GBX的3S系列,、韓國(guó)SEO DST系列 ,； 等等（2）國(guó)產(chǎn)：A101/A201 型 、BZY-1/2型,、 JK99C/JK99B型,、 白金環(huán)法JYW200系列以及ZL200系列等;
B 型 ： （1）KSV全自動(dòng)表面張力儀sigma700系列、Kruss全自動(dòng)表面張力儀K100系列,、Lauda TE3,、德國(guó)dataphysics DCAT 11/21型 以及上海梭倫 A20系列 。
 

通過(guò)如上列舉,，您可能無(wú)法選出一個(gè)理想的 或無(wú)法入手選購(gòu) ,。那么我們可以試著從如下分類入手，可能會(huì)提高你的認(rèn)識(shí)：
一,、按傳感器類型分類：
（1）電子分析天平傳感器：芬蘭KSV公司,、法國(guó)GBX、德國(guó)KRUSS,、德國(guó)dataphysics,、韓國(guó)SEO公司、上海梭倫A20系列,、BZY-1,、BZY-2系列；
（2）扭力絲傳感器：國(guó)產(chǎn)原承德系如金建公司,、哈科公司,，日本KYOWA公司等
（3）應(yīng)變電阻稱重傳感器：這個(gè)應(yīng)用得非常少。因?yàn)榫葘?shí)在太差,，受影響影響太多,。具體哪家國(guó)產(chǎn)的應(yīng)用了，我們不細(xì)談,?？?。
從目前技術(shù)來(lái)講，我們認(rèn)為如上傳感器精度比較如下：
電子天平分析傳感器的精度＞扭力絲＞應(yīng)變電阻式稱重傳感器

當(dāng)然,，這里還要注意一個(gè)事情,，原上海梭倫國(guó)內(nèi)研制的BZY系列采用的是國(guó)內(nèi)的電子天平傳感器，其精度遠(yuǎn)差于進(jìn)口傳感器,，精度上是否與其他的相提并論還有待與國(guó)內(nèi)外同行討論,。但我們現(xiàn)在已經(jīng)基本確認(rèn)不再進(jìn)一步采用這個(gè)傳感器，且升級(jí)于國(guó)外傳感器,。

二,、按測(cè)試原理分：
分為白金板法和白金環(huán)法表面張力儀兩種，目前國(guó)內(nèi)的JYW200系列以及山東系的表面張力儀大部分屬于白金環(huán)法的,。測(cè)值精度問(wèn)題有待進(jìn)一步商榷,。而國(guó)外的儀器以及A20系列是真正兼容白金板法與白金環(huán)法的
。這里值得說(shuō)明的是,，BZY系列是在兼容性白金環(huán)法上是無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)的,，其測(cè)值稱重的返回計(jì)算存在一定的問(wèn)題。
 

三,、按價(jià)格分層：
目前國(guó)外的儀器的價(jià)格明顯高于國(guó)內(nèi)的同類產(chǎn)品,。標(biāo)準(zhǔn)型的通常為10萬(wàn)元左右，型的通常為25元左右,。而A20系列中的A201的報(bào)價(jià)遠(yuǎn)低于這個(gè),，基本維持在4-5萬(wàn)左右，功能上與國(guó)外的相同,。功能上,，A101型的與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)型的相同，報(bào)價(jià)在3萬(wàn)元左右,，是液晶觸摸屏的,，這個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)非常。
 

★☆白金板法關(guān)系技術(shù)略談

一,、液面水平線自動(dòng)尋找技術(shù)

本技術(shù)是用于找得液面水平線后,，判斷浮力修正值以及位移判斷的依據(jù)。沒(méi)有采用本技術(shù)的儀器通常不具有浮力修正的功能,，更談不上測(cè)值,。水平線自動(dòng)查找必須依賴于稱重傳感器的高精度與高反應(yīng)速度，以及位移控制部件的定位和反應(yīng)速度,。目前通常國(guó)內(nèi)的如BZY系列和JK99系列根本無(wú)法做到,。

二,、浮力修正模式

浮力修正模式是指修正掉浸入液體內(nèi)浮力對(duì)表面張力測(cè)值的影響,，這是白金板法核心技術(shù)，如果僅僅談稱得重量后乘以重力系數(shù)再除以白金板周長(zhǎng)，那么這不符合白金板的原理,。浮力修正因采用的技術(shù)不同而略有差別,。上海梭倫經(jīng)美國(guó)哈佛材料學(xué)院授權(quán)技術(shù)的基于彈性系數(shù)的修正模式提升了測(cè)值精度，是目前的測(cè)值技術(shù),。

三,、預(yù)潤(rùn)濕功能

在測(cè)試液體的表面張力或界面張力時(shí)，通常潤(rùn)濕不會(huì)非常好,，這就需要有一個(gè)預(yù)濕潤(rùn)過(guò)程,。這是一個(gè)非常人性化的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)不言而喻,。

四,、表面活性劑測(cè)值全過(guò)程考察模式

大部分的客戶在測(cè)試表面活性劑或有粘度樣品時(shí)有一個(gè)大的困惑，到底取哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)的表面張力或界面張力值能表述我們的樣品性質(zhì),。這就需要有兩個(gè)技術(shù),，其一就是全過(guò)程考察技術(shù)，另一個(gè)技術(shù)就是特征值二次表述技術(shù),。

而全過(guò)程考察技術(shù)是A20的技術(shù),，它記錄下來(lái)了整個(gè)曲線上的數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)文件中,。結(jié)合特征值考察技術(shù),，你可以考察任意時(shí)間點(diǎn)以及歷史測(cè)值的數(shù)據(jù)，你更可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)（包括了所有過(guò)程值）,，以便進(jìn)行進(jìn)一步的分析,，使得數(shù)據(jù)真正為您服務(wù)。

五,、特征值二次表述功能

在基于歷史數(shù)據(jù)可查詢的功能上,，你可以查看其他操作人員的數(shù)據(jù)，并與之充分討論,，并可以隨時(shí)決定是否對(duì)特征值進(jìn)行二次表述,。如果是，那么你可以人工調(diào)整原值即可了,。

六,、自校準(zhǔn)功能

這是一個(gè)非常核心的升級(jí)技術(shù)。原有的設(shè)計(jì)基本上均是基于稱重傳感器的校準(zhǔn),，通俗的講,，大部分僅僅是校準(zhǔn)了傳感器，而對(duì)于白金片自身的參數(shù)大部分儀器不具有校準(zhǔn)功能,，僅僅是輸入一個(gè)長(zhǎng)寬值（BZY系列這個(gè)是無(wú)法輸入的,，因生產(chǎn)工藝問(wèn)題,，這個(gè)值是無(wú)法的）。自校準(zhǔn)功能是基于傳感器校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上的二次校準(zhǔn)功能,，這是真正測(cè)值精度的有效技術(shù),。

七、傳感器的伺服控制功能及其精度

通常而言,，扭力絲和應(yīng)變電阻式稱重傳感器不是伺服系統(tǒng),，其精度差。而作為BZY系列的,，因其天平采用了差技術(shù)的國(guó)內(nèi)傳感器,，精度控制，特別是溫度補(bǔ)償,、零位漂移上均有很大問(wèn)題,。特別一個(gè)明顯的表現(xiàn)為BZY-2型的數(shù)字變化非常大，以及BZY-1型經(jīng)常因運(yùn)輸振動(dòng)而現(xiàn)出ERROR錯(cuò)誤以及P2錯(cuò)誤,。這些均是由于傳感器設(shè)計(jì)的問(wèn)題造成的,。當(dāng)然這也是一分錢(qián)一分貨的因素啊。
 

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