旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀在界面張力儀中的分類

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

 

旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀基本原理

旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測試原理概述

為測定超低界面張力，須人為地改變原來重力與界面張力間的平衡,，使平衡時(shí)液滴的形狀便于測定。在旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀中,，通常采用使液液或液氣體系旋轉(zhuǎn),，增加離心力場的作用而實(shí)現(xiàn)。這就是旋轉(zhuǎn)滴法界面張力儀的基本原理,。
通常,，我們在樣品管中充滿高密度相液體，再加入少量低密度相液體（或氣體,，用于測液體與氣體間的界面張力值）,，密封地裝在旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀上，使樣品管平等于旋轉(zhuǎn)軸并與轉(zhuǎn)軸同心。開動機(jī)器,，轉(zhuǎn)軸攜帶液體以角速度ω自旋,。在離心力、重力及界面張力作用下,，低密度相液體在高密度相液體中形成一長球形或圓柱形液滴,。其形狀由轉(zhuǎn)速ω和界面張力決定。測定液滴的滴長（L）以及寬度（D）值以及兩相液體密度差（Δρ）以及旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速ω,，即可計(jì)算出界面張力值,。當(dāng)轉(zhuǎn)動角速度足夠大時(shí)，旋轉(zhuǎn)滴通常呈現(xiàn)平躺的圓柱形,，兩端成半圓狀,。這時(shí)界面張力計(jì)算公式通常為：

γab=Δρω2R03/4

旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測試技術(shù)的發(fā)展

低界面張力現(xiàn)象首先為美國已故表面化學(xué)家Harkins等所報(bào)道。1926年,，Harkins和Zollman在研究鹽對界面張力的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),，將油酸溶在苯中，氫氧化鈉溶于水中后形成的液液界面張力比苯-水界面張力降低三個(gè)數(shù)量級,，達(dá)到以0.04mN/m,。這是當(dāng)時(shí)測得的低界面張力值。他還發(fā)現(xiàn),，如果在苯水兩相體系中含有油酸,、氫氧化納、油醇,、氯化鈉四種成份,，則界面張力更低。在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下,，其值小得無法測定,。此現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)并無合理的解釋，也未受到足夠的重視,。究其原因,，一則當(dāng)時(shí)生產(chǎn)上尚無迫切要求，二則尚無測定低界面張力的好方法,。
1942年,，Vonnegut首先應(yīng)用旋轉(zhuǎn)滴法測定表面與界面張力，并成功測定了低界面張力。此法測定的界面張力值可低達(dá)10-6mN/m的水平,，為深入研究超低界面張力現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ),。（B.Vonnegut,Rev.Sci.Instr.11 6（1942））
1952年，Silberberg（A.Silberg, Ph.D. Thesis, University of Basel, Switzerland, 1952）用旋轉(zhuǎn)滴法測試了聚合物體系的低界面張力值,。同時(shí),，他提出了軸承發(fā)熱現(xiàn)象和由此導(dǎo)致的對界面張力測值的影響。（注：溫度變化時(shí),，通常溫度超高,，界面張力值越低。作為控制技術(shù),，通常我們采用恒溫控制系統(tǒng),，基本控制這些因素的影響）。
1967年,，Princen et al通過橢圓積分解決了旋轉(zhuǎn)滴外形問題,，為我們計(jì)算界面張力的確切值提供了非常有效的辦法。他們測試了各種旋轉(zhuǎn)速度下的旋轉(zhuǎn)滴的界面張力值,。但是,，不同的是，他們是通過測試液滴的長度與體積來計(jì)算界面張力值,，而不是通過測試液滴的直徑來計(jì)算的,。這樣一來，需要不斷的維持液滴量,，否則液滴的體積的變化會非常大的,。
1971年，Ryden和Albertsson使用了Princen et al的基本方法測試了一個(gè)界面張力值小于0.01mN/m的不相溶的兩相聚合物體系,。但是他們采用的旋轉(zhuǎn)速度為200—450轉(zhuǎn)/分,。這個(gè)速度用于測試有粘度的聚合物可能適用，但是,，對于低粘度樣品而言,，這個(gè)速度基本不符合要求。
同年,，Patterson et al修改了測試方法后,，用于測試溶化了的聚合物溶液。他們采用了測試液滴直徑的方法來測試界面張力值,，同時(shí)提出了經(jīng)驗(yàn)校正因子值。
1975年,，Torza設(shè)計(jì)了一個(gè)采用氣浮軸承以避免軸承發(fā)熱,，同時(shí)，他還使用了磁性連接頭，以避免軸的擺動,。采用這種技術(shù),，轉(zhuǎn)速可以提高到7000轉(zhuǎn)/分鐘，也減少了擺動,。但是,，這個(gè)速度再也沒有超越。與此同時(shí),，他們采用了一種直徑非常大的樣品管作為測試用樣品管,。這種方法后來被采用到了現(xiàn)在被廣泛采用的Texas德州大學(xué)的旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀中（TX500系列）。
1977年,，Gash和Parrish發(fā)明了一種恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀用于測定表面活性劑的界面張力值,。他們通過一個(gè)鋁合金連接件直接將樣品管與馬達(dá)連接，而不采用軸承,。這種方法用于低于3600轉(zhuǎn)/分時(shí)可能可以,，但用于高速時(shí)，肯定不行,。

旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀TX500C一種技術(shù)抑或一種產(chǎn)品

旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀選購的關(guān)鍵考察點(diǎn)

從各個(gè)關(guān)鍵部件入手選購一臺真正符合要求的旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀

我們認(rèn)為,，旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀作為一個(gè)采用離心力和液滴外形分析法技術(shù)的分析儀器,，其關(guān)鍵部件通常有如下幾個(gè)部分組成。而,，每個(gè)部件均有其關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)和與界面化學(xué)相對應(yīng)的效果存在,。選購旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀千萬不能盲從或盲目。

1,、離心力構(gòu)建系統(tǒng)：這個(gè)包括兩個(gè)部分,。 其一，電機(jī)及其轉(zhuǎn)速范圍,； 其二,，電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制與讀取；
（1）電機(jī)及其轉(zhuǎn)速范圍：轉(zhuǎn)速值將會直接參與到公式中計(jì)算的,。
電機(jī)的采購的好壞差別很多,。對于高速電機(jī)而言，中國國產(chǎn)的電機(jī)噪聲大,，使用壽命短,，且轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，更不要說價(jià)格了,，肯定便宜,；而對于進(jìn)口高速電機(jī)而言，其優(yōu)點(diǎn)是明顯的,，但缺點(diǎn)也非常明顯,，就是價(jià)格貴。所以,，供應(yīng)商采用的電機(jī)非常關(guān)鍵,。
轉(zhuǎn)速范圍，本來我們認(rèn)為不用提的,。如德國公司的轉(zhuǎn)速范圍肯定會在15000轉(zhuǎn)/分。而TX500C只有10000轉(zhuǎn)/分,。JJ2000實(shí)際轉(zhuǎn)速也為10000轉(zhuǎn)/分,。但是，作為界面化學(xué)分析儀器,，我們的測試建議通常為低界面張力,，使用6000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，高界面張力時(shí),，使用的轉(zhuǎn)速有時(shí)達(dá)到12000轉(zhuǎn)/分,。這個(gè)就由電機(jī)本身的性質(zhì)所決定的。
（2）電機(jī)轉(zhuǎn)速控制與讀取,。事實(shí)上,，這個(gè)非常關(guān)鍵，轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定性直接取決于您測試的精度,。但是,，作為一般用戶，有時(shí)是無法正確判斷供應(yīng)商這塊的技術(shù)實(shí)力的,。我們的意見供您參考：*,，供應(yīng)商自己生產(chǎn)并提供控制技術(shù)的，我們認(rèn)為是一個(gè)低層次的控制系統(tǒng),；第二,，供應(yīng)商自己不生產(chǎn)并提供控制技術(shù)，而直接采用世界的控制技術(shù)廠商的技術(shù)的，是一個(gè)高層次,。為什么這么說,？因?yàn)槲覀兿嘈牛牟攀歉鼉?yōu)的,。
控制轉(zhuǎn)速中,，不得不提及的德國的皮帶傳動技術(shù)。這個(gè)由客戶自行分析其優(yōu)缺點(diǎn),，我們在此不再論述,。
2、成像系統(tǒng)的構(gòu)建,。
通常成像系統(tǒng)分為幾個(gè)組成部分：鏡頭,、CCD、視頻捕捉,、光源,。這幾部分事實(shí)上，各家儀器廠商差別非常大,。
（1）鏡頭部分與CCD部分,。這兩部分組成的系統(tǒng)有利于高清晰的成像效果和高精度分辨率的目的的達(dá)成。事實(shí)上,，有些儀器廠商標(biāo)稱0.001mm的分辨率,，我們不談是否能夠?qū)崿F(xiàn)。就談?wù)勥@個(gè)分辨率是否能夠達(dá)到,。0.001mm到4mm或6mm是多大的一個(gè)視角變化范圍,，且小的時(shí)間要達(dá)到這個(gè)分辨率。關(guān)鍵是一個(gè)跨度范圍的概念,。
（2）視頻捕捉設(shè)備：我們認(rèn)為這方面倒是差不多,，但需要提出的一個(gè)概念是。德國的儀器提出了50幀/秒的概念,，我們的理解是雙緩存技術(shù),。事實(shí)上，對于動態(tài)界面張力測值是否有幫助,，有待進(jìn)一步考察,。
（3）光源：這個(gè)倒是被客戶乎視的一個(gè)問題。事實(shí)上,，光源的設(shè)計(jì)將直接影響到成像效果,。我們建議采購的旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀具有可變亮度LED冷光源。但這個(gè)事實(shí)上采用的廠商不多,。具體可向供應(yīng)商咨詢一下,。
3,、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
事實(shí)上,，作為軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，我們解決的任務(wù)主要是捕捉一張或隨時(shí)間變化的多張圖片，控制轉(zhuǎn)速并讀取轉(zhuǎn)速,，計(jì)算界面張力值等等等功能,。說得簡單，但恰恰是有的儀器廠商在這里出了問題,。
（1）轉(zhuǎn)速計(jì)算問題,。我們發(fā)現(xiàn)有的儀器廠商控制轉(zhuǎn)速（設(shè)置一定的值如6000轉(zhuǎn)/分），也讀取了轉(zhuǎn)速,。但實(shí)際后計(jì)算時(shí),，竟然把設(shè)置轉(zhuǎn)速作為參與計(jì)算的數(shù)值，而事實(shí)上,，有可能這個(gè)瞬間其轉(zhuǎn)速有可能是5970轉(zhuǎn)/分呢,。我們希望這些儀器廠商在以后的軟件中能夠更新這個(gè)明顯的技術(shù)缺陷。
看看這個(gè)表格,，差不多有1%的誤差哦,。

（2）轉(zhuǎn)速控制精度問題。這個(gè)事實(shí)上很難說,，但是有一點(diǎn)我們可以確認(rèn)的,。非公司設(shè)計(jì)的肯定沒有做電機(jī)控制的好。我們發(fā)現(xiàn)過,，非設(shè)計(jì)的只有一個(gè)光柵點(diǎn)，然后通過讀取脈沖來控制和讀取轉(zhuǎn)速的,，控制中,，采用簡單的PID來實(shí)現(xiàn)。而公司會通過非常的編碼器實(shí)現(xiàn),，編碼器中有將近1024個(gè)點(diǎn),，不斷的進(jìn)行控制。過程中,，是通過電流的曲線擬合等復(fù)雜技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制,。精度兩者肯定是不一樣的。
（3）計(jì)算界面張力的公式問題,。本來這個(gè)是不用提出的,，但是，我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)明確提出了這個(gè)概念,，所以,，有必要提出來。事實(shí)上，計(jì)算公式不再乎幾個(gè),。第1個(gè)為基本型的,，就是原始推導(dǎo)出來的計(jì)算公式。這個(gè)的計(jì)算的有JJ2000系列以及TX500C,。第2個(gè)為美國德州大學(xué)Texas500的計(jì)算公式,，它把外相折射率也為一個(gè)考慮因素來參與計(jì)算，計(jì)算得值會與第1種有所改進(jìn),；第3個(gè)為德國公司的,，他們的計(jì)算公式與不一樣。第4個(gè)為近新研制出來的,，把離心力的影響也考慮在內(nèi)了,。目前而言，只有上海梭倫能夠提供這項(xiàng)技術(shù),。
（4）軟件的可操作性,。這個(gè)可能只有客戶說了有用，見仁見智的事情,。但是,，有一點(diǎn)，國外軟件到石油行業(yè),，特別是一線人員手里,，我們認(rèn)為，培訓(xùn)的工作量還是有的,。
4,、進(jìn)樣方式以及旋轉(zhuǎn)管的設(shè)計(jì)
雖然表面看，進(jìn)樣方式以及旋轉(zhuǎn)管的設(shè)計(jì)會簡單,。但是,，設(shè)計(jì)不好就要存在一個(gè)進(jìn)樣復(fù)雜以及有氣泡產(chǎn)生。所以,，這個(gè)要與供應(yīng)商一起溝通,。但通常而言，有兩種,，一種為德國的動態(tài)密封技術(shù),；一種為Texas500的進(jìn)樣方式，通過針管將液滴滴入的方式,。