表面張力測試儀如何測量表面張力

表面張力的測量可以表面張力測試儀進行。這些儀器基于測量施加在位于液-氣或液-液界面處的探頭上的力。探針連接到非常敏感的天平，并且感興趣的液體界面與探針接觸。當探針與液體表面相互作用時，通過天平測得的力可用于計算表面張力，取決于以下因素：探針的尺寸和形狀，探針與液體之間的接觸角以及液體的表面張力，探頭的大小和形狀易于控制，探針通常由鉑制成，這有助于確保探針與要研究的液體之間的接觸角為零。通常使用兩種配置的探針。

杜努伊環法

該方法利用鉑環作為探針。通過移動放置液體容器的平臺，將環浸沒在界面下方。浸入后，平臺高度逐漸降低，環最終通過界面拉出并帶來彎月形的液體。如果將容器進一步降低，則彎液面最終會從環上撕下。在此事件之前，彎液面的體積（以及所施加的力）會通過最大值，并在實際撕裂事件之前開始下降。

表面張力的計算基于最大力的測量。環的浸入深度和環在經歷最大拉力時升起的高度與該技術無關。原始計算基于具有無限直徑（或金屬絲）的環，并且未考慮由于環的一側與另一側接近而被拉起的多余液體。由于表面張力而是毛細作用力，位于環正下方的部分流體不在此處。但是，這種液體會影響天平給出的力讀數，從而使測得的表面張力值增加約7％。如今，全自動張力測定儀通常會使用校正因子來減去和說明這種多余的液體。

威廉平板法

該方法利用粗糙的鉑金板作為探針。該技術的計算基于與液體接觸的完全潤濕的板的周長。在這種方法中，探頭相對于表面的位置很重要。當液體表面與探針接觸時，儀器將通過記錄探針上的力變化來檢測確切的接觸時刻。因此，該位置將被標記為“零浸入深度”。然后將板浸入低于該值的設定深度（通常在界面處幾毫米）。當板稍后返回到浸入深度為零時，將記錄力。影響威廉米懸片的力可以寫成F= γlPcosθ,其中γl是液體的表面張力，P是板的周長（P = 2w + 2t），θ是板與液體之間的接觸角。如假定完全潤濕，接觸角是0和COSθ= 1。然后，表面張力可被計算為γl = F/P 的威廉平板法測量也可在所謂的靜態或連續模式，其中威廉米懸片保持在完成在整個測量周期中都與液體接觸。

鉑金棒

上述兩種方法都需要使用相對大量的液體（通常大于10毫升）以確保探針完全潤濕。可以使用較小直徑的樣品容器來減少所需的總體積。但是，有一個限制。當樣品容器和探頭的邊緣太近時，液體和容器邊緣之間形成的彎液面會影響平衡。為避免此問題，用戶必須在探頭和樣品容器側壁之間留出足夠的空間，大約2毫米左右。

與這些技術中的任何一種一樣，測量的精確度受測量探針幾何形狀的精確度的影響。鉑棒的測量精度可能會小于杜努伊環法或威廉平板法，這會導致表面/界面張力結果的誤差更大。因此，僅在樣品量有限的情況下才建議使用鉑棒法。該方法和計算基于與威廉平板法相同的原理。