旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀定義：

旋轉(zhuǎn)滴超低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)滴超低界面張力儀基本原理

旋轉(zhuǎn)滴超低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，即可計算出界面張力值。當(dāng)轉(zhuǎn)動角速度足夠大時，旋轉(zhuǎn)滴通常呈現(xiàn)平躺的圓柱形，兩端成半圓狀。這時界面張力計算公式通常為：

γab=Δρω2R03/4

旋轉(zhuǎn)滴超低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等所報道。1926年，Harkins和Zollman在研究鹽對界面張力的影響時發(fā)現(xiàn)，將油酸溶在苯中，*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數(shù)量級，達到以0.04mN/m。這是當(dāng)時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)時的技術(shù)條件下，其值小得無法測定。此現(xiàn)象在當(dāng)時并無合理的解釋，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，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，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算界面張力值，而不是通過測試液滴的直徑來計算的。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，同時提出了經(jīng)驗校正因子值。
1975年，Torza設(shè)計了一個采用氣浮軸承以避免軸承發(fā)熱，同時，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，這個速度再也沒有超越。與此同時，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。他們通過一個鋁合金連接件直接將樣品管與馬達連接，而不采用軸承。這種方法用于低于3600轉(zhuǎn)/分時可能可以，但用于高速時，肯定不行。

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

旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀選購的關(guān)鍵考察點

從各個關(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

我們認為，旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀作為一個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部分組成。而，每個部件均有其關(guān)鍵的技術(shù)要點和與界面化學(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)：這個包括兩個部分。 其一，電機及其轉(zhuǎn)速范圍； 其二，電機的轉(zhuǎn)速控制與讀取；
（1）電機及其轉(zhuǎn)速范圍：轉(zhuǎn)速值將會直接參與到公式中計算的。
電機的采購的好壞差別很多。對于高速電機而言，中國國產(chǎn)的電機噪聲大，使用壽命短，且轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，更不要說價格了，肯定便宜；而對于進口高速電機而言，其優(yōu)點是明顯的，但缺點也非常明顯，就是價格貴。所以，供應(yīng)商采用的電機非常關(guān)鍵。
轉(zhuǎn)速范圍，本來我們認為不用提的。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，使用的轉(zhuǎn)速有時達到12000轉(zhuǎn)/分。這個就由電機本身的性質(zhì)所決定的。
（2）電機轉(zhuǎn)速控制與讀取。事實上，這個非常關(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，有時是無法正確判斷供應(yīng)商這塊的技術(shù)實力的。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，我們認為是一個低層次的控制系統(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，是一個高層次。為什么這么說？因為我們相信，的才是更優(yōu)的。
控制轉(zhuǎn)速中，不得不提及的德國的皮帶傳動技術(shù)。這個由客戶自行分析其優(yōu)缺點，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)分為幾個組成部分：鏡頭、CCD、視頻捕捉、光源。這幾部分事實上，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成。事實上，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@個分辨率是否能夠達到。0.001mm到4mm或6mm是多大的一個視角變化范圍，且小的時間要達到這個分辨率。關(guān)鍵是一個跨度范圍的概念。
（2）視頻捕捉設(shè)備：我們認為這方面倒是差不多，但需要提出的一個概念是。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)。事實上，對于動態(tài)界面張力測值是否有幫助，有待進一步考察。
（3）光源：這個倒是被客戶乎視的一個問題。事實上，光源的設(shè)計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。但這個事實上采用的廠商不多。具體可向供應(yīng)商咨詢一下。
3、軟件系統(tǒng)的設(shè)計。
事實上，作為軟件系統(tǒng)的設(shè)計，我們解決的任務(wù)主要是捕捉一張或隨時間變化的多張圖片，控制轉(zhuǎn)速并讀取轉(zhuǎn)速，計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。但實際后計算時，竟然把設(shè)置轉(zhuǎn)速作為參與計算的數(shù)值，而事實上，有可能這個瞬間其轉(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明顯的技術(shù)缺陷。
看看這個表格，差不多有1%的誤差哦。

（2）轉(zhuǎn)速控制精度問題。這個事實上很難說，但是有一點我們可以確認的。非公司設(shè)計的肯定沒有做電機控制的好。我們發(fā)現(xiàn)過，非設(shè)計的只有一個光柵點，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來實現(xiàn)。而公司會通過非常的編碼器實現(xiàn)，編碼器中有將近1024個點，不斷的進行控制。過程中，是通過電流的曲線擬合等復(fù)雜技術(shù)實現(xiàn)控制。精度兩者肯定是不一樣的。
（3）計算界面張力的公式問題。本來這個是不用提出的，但是，我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)現(xiàn)在的標(biāo)準明確提出了這個概念，所以，有必要提出來。事實上，計算公式不再乎幾個。第1個為基本型的，就是原始推導(dǎo)出來的計算公式。這個的計算的有JJ2000系列以及TX500C。第2個為美國德州大學(xué)Texas500的計算公式，它把外相折射率也為一個考慮因素來參與計算，計算得值會與第1種有所改進；第3個為德國公司的，他們的計算公式與不一樣。第4個為近新研制出來的，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技術(shù)。
（4）軟件的可操作性。這個可能只有客戶說了有用，見仁見智的事情。但是，有一點，國外軟件到石油行業(yè)，特別是一線人員手里，我們認為，培訓(xùn)的工作量還是有的。
4、進樣方式以及旋轉(zhuǎn)管的設(shè)計
雖然表面看，進樣方式以及旋轉(zhuǎn)管的設(shè)計會簡單。但是，設(shè)計不好就要存在一個進樣復(fù)雜以及有氣泡產(chǎn)生。所以，這個要與供應(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的進樣方式，通過針管將液滴滴入的方式。