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接触角測定器の懸滴法による動的表面張力測定例データ
日付:2022-04-23読む:2
ラウダScientific接触角測定器懸滴法を用いて動的表面張力測定を行い、特に界面活性剤系の研究に適している:界面活性剤の拡散速度を考察することができるだけでなく、上述のγ(c,t),したがって、界面寿命に対する系臨界ミセル濃度CMCの時間依存性CMC(t)をさらに決定する。

次の測定ではSurfaceMeterの動的速度録画モードは、高精度自動注入ポンプ、高速カメラ、全自動録画分析計算機能及び全輪郭懸垂分析法を結合して、ある界面活性剤水溶液の動的表面張力−時間曲線を測定した(測定は室温で行った)。

·動的速度録画モードは、最初(表面が形成された直後)の表面張力の時間的変化速度が速いため、1つの録画中に録画の速度を絶えず変化させることができ、これは特に動的表面張力の測定に適している。Z高の速度で記録する、時間が遅れるにつれて変化速度が急速に低下し、考察したい最終測定時点に達するまで録画の速度もそれに応じて減少し続けることができる。

·使用する自動射出ポンプはかなり広い加液速度範囲を有し、非常に遅い加液速度(例えば1μl/min),また、液滴や気泡を極めて短時間で形成できるようにする非常に高い加液速度(20.000μl/min)も備えている。

·ハイスピードカメラUSB 3カメラのZ高速度は230fps@1280x1024)により、測定された短時間間隔が大幅に減少し、非常に迅速に変化するプロセスに対してもかなりの時間分解能と詳細を提供することができる。

·SurfaceMeterソフトウェアが採用している全輪郭懸垂分析計算法により、ソフトウェアは懸垂が形成され始めた早い時点から、その画像の分析計算により正確で信頼性の高い表面張力値を得ることができる。

·

−1は、懸濁液が形成され始めた最初の15枚の画像を与える。これらの画像から、懸濁液が形成され始めた時点−0時点(不確実性は2副画像間の時間間隔より小さい)を非常に正確に決定することができる。ソフトウェアは、3/4枚目の画像から、対応する時点の表面張力値及び液滴体積/表面積などの他の関連パラメータを分析計算することができる。図-2はビデオ全体を分析計算した結果を示し、同時に懸垂液の表面積の時間による変化を示している。

液滴形成时的初图像

−1:液滴形成時の初期画像:左から右/上から下まで、2副画像間の時間間隔は6 ms

表面张力-时间变化曲线

-2:表面張力-時間変化曲線

図から分かるように、系の表面張力は表面が形成されたばかりのときにかなり顕著な時間依存性を示し、ほぼ純水の表面張力値から約400 s後、徐々に下降段階に入り、徐々に平衡値に向かっていく。

表面形成直後の時間帯の変化の詳細をよりよく分析するために、図−3は、開始1秒以内の変化曲線を与える。まず図から明らかなように、液滴の表面積は約0.5 s後に最終値に近く、すなわち液滴形成プロセスはこの時点でほぼ完了している。次に、得られた表面張力値は0.02-0.03 sの前で変動が大きく、この時対応する懸濁液のサイズはまだかなり小さい(達成可能な大きな許容値からはるかに離れている)ため、これらのデータの精度は比較的に悪い。しかし、それでもデータはかなり合理的な領域にあります。約0.03 sから、曲線が示す全体の流れはかなり連続しており、データの変動はかなり穏やかで、得られたデータの信頼性を十分に示している。その間、表面張力は時間とともに低下していくが、異なる速度を表す「段階(stages)」を呈している。

-4図-2の結果を2段階に分け、異なる時間スケールで表現することで、開始段階の急速な変化だけでなく、変化過程の全体も同時に見ることができる。開始4秒以内に系の表面張力値は約72 mN/mから約55 mN/mに急速に低下し、低下幅は約17 mN/mであった。一方、次の約400秒では、表面張力値は合計で約3 mN/mから約52 mN/mに低下しただけであった。その後の平衡値は約51.6 mN/mであった。

表面张力-时间变化曲线

−3:表面張力−時間変化曲線:開始1秒以内

表面张力-时间变化曲线

-4:表面張力-時間変化曲線:段階的表現

上記の測定から、懸垂法は動的表面張力の測定に非常に適しており、その短い測定可能な時点は約30〜50 ms程度、長時間端は無制限である。懸濁液の形成時間を有効界面寿命(effective surface age)に変換し、1/2-1/3の経験則に従うと、対応する短い測定可能な有効界面寿命は約20 msであり、これはすでに伝統的な大気泡圧力法に非常に近い。懸滴法を用いた動的表面張力測定の利点は、表面積の時間による変化を正確に同時に測定することができ(上の図を参照)、この変化曲線から、対応する有効界面寿命を正確に計算することができ、これは伝統的な大気泡圧力法では実現できないことである。(本文は権限所有者の権限を得る)

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