旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀定義：

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(cè)試原理可分為如下幾類：

 

基本原理

測(cè)試原理概述

為測(cè)定超低界面張力，須人為地改變?cè)瓉?lái)重力與界面張力間的平衡，使平衡時(shí)液滴的形狀便于測(cè)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(chǎng)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?cè)跇悠饭苤谐錆M高密度相液體，再加入少量低密度相液體（或氣體，用于測(cè)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(dòng)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(zhǎng)球形或圓柱形液滴。其形狀由轉(zhuǎn)速ω和界面張力決定。測(cè)定液滴的滴長(zhǎng)（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(dòng)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

測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

低界面張力現(xiàn)象首先為美國(guó)已故表面化學(xué)家Harkins等所報(bào)道。1926年，Harkins和Zollman在研究鹽對(duì)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(jí)，達(dá)到以0.04mN/m。這是當(dāng)時(shí)測(cè)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(wú)法測(cè)定。此現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)并無(wú)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(wú)迫切要求，二則尚無(wú)測(cè)定低界面張力的好方法。
1942年，Vonnegut首先應(yīng)用旋轉(zhuǎn)滴法測(cè)定表面與界面張力，并成功測(cè)定了低界面張力。此法測(cè)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(cè)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(duì)界面張力測(cè)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(guò)橢圓積分解決了旋轉(zhuǎn)滴外形問(wèn)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(cè)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(guò)測(cè)試液滴的長(zhǎng)度與體積來(lái)計(jì)算界面張力值，而不是通過(guò)測(cè)試液滴的直徑來(lái)計(jì)算的。這樣一來(lái)，需要不斷的維持液滴量，否則液滴的體積的變化會(huì)非常大的。
1971年，Ryden和Albertsson使用了Princen et al的基本方法測(cè)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(cè)試有粘度的聚合物可能適用，但是，對(duì)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(cè)試方法后，用于測(cè)試溶化了的聚合物溶液。他們采用了測(cè)試液滴直徑的方法來(lái)測(cè)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(dòng)。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(dòng)。但是，這個(gè)速度再也沒(méi)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(cè)試用樣品管。這種方法后來(lái)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(cè)定表面活性劑的界面張力值。他們通過(guò)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。

TX500C一種技術(shù)抑或一種產(chǎn)品

選購(gòu)的關(guān)鍵考察點(diǎn)

從各個(gè)關(guān)鍵部件入手選購(gòu)一臺(tái)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(duì)應(yīng)的效果存在。選購(gòu)旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀千萬(wàn)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(huì)直接參與到公式中計(jì)算的。
電機(jī)的采購(gòu)的好壞差別很多。對(duì)于高速電機(jī)而言，中國(guó)國(guó)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(shuō)價(jià)格了，肯定便宜；而對(duì)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(lái)我們認(rèn)為不用提的。如德國(guó)公司的轉(zhuǎn)速范圍肯定會(huì)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(cè)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(cè)試的精度。但是，作為一般用戶，有時(shí)是無(wú)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(shuō)？因?yàn)槲覀兿嘈?，的才是更?yōu)的。
控制轉(zhuǎn)速中，不得不提及的德國(guó)的皮帶傳動(dòng)技術(shù)。這個(gè)由客戶自行分析其優(yōu)缺點(diǎn)，我們?cè)诖瞬辉僬撌觥?br /> 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(guó)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(duì)于動(dòng)態(tài)界面張力測(cè)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(wèn)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(gòu)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(shuō)得簡(jiǎn)單，但恰恰是有的儀器廠商在這里出了問(wèn)題。
（1）轉(zhuǎn)速計(jì)算問(wèn)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(wèn)題。這個(gè)事實(shí)上很難說(shuō)，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(méi)有做電機(jī)控制的好。我們發(fā)現(xiàn)過(guò)，非設(shè)計(jì)的只有一個(gè)光柵點(diǎn)，然后通過(guò)讀取脈沖來(lái)控制和讀取轉(zhuǎn)速的，控制中，采用簡(jiǎn)單的PID來(lái)實(shí)現(xiàn)。而公司會(huì)通過(guò)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(guò)程中，是通過(guò)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(wèn)題。本來(lái)這個(gè)是不用提出的，但是，我們發(fā)現(xiàn)國(guó)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(lái)。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(lái)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(guó)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(lái)參與計(jì)算，計(jì)算得值會(huì)與第1種有所改進(jìn)；第3個(gè)為德國(guó)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(lái)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(shuō)了有用，見仁見智的事情。但是，有一點(diǎn)，國(guó)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(huì)簡(jiǎn)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(guó)的動(dòng)態(tài)密封技術(shù)；一種為Texas500的進(jìn)樣方式，通過(guò)針管將液滴滴入的方式。