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表面張力儀是測(cè)量液體表面張力(更地說(shuō)是液-氣表面張力)以及液-液界面張力值的分析儀器。通常而言,提及的表面張力儀是指鉑金板法(Wilhelmy Plate Method)和鉑金環(huán)法(DuNouy Ring method)這樣的基于稱重原理的表面張力儀。稱重原理的表面張力儀通常對(duì)于傳感器的精度要求較高,如0.1mg精度的分析天平通常應(yīng)用于0.1mN/m精度要求的表面張力儀中,而0.01mg(10ug)的分析天平通常應(yīng)用于0.01mN/m的表面張力儀中。由于目前的分析天平技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,且在表面張力測(cè)試時(shí)的高精度要求,除非是教學(xué)實(shí)驗(yàn)可以選購(gòu)如A3或A5型的表面張力儀外,對(duì)于傳感器的選購(gòu)而言,要求為萬(wàn)分之一的分析天平,即分辨率為0.1mg的分析天平,基本要求是十萬(wàn)分之一的分析天平,即0.01mg的分析天平。具體原理以及技術(shù)要求,可參考上海梭倫或美國(guó)科諾提供的表面張力測(cè)試原理或表面張力儀的相關(guān)介紹PPT中。
表面張力儀在具體應(yīng)用中,由于分析天平對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件有一定要求,如需要通用源、有一定重量而不易攜帶等,因而,對(duì)于一部分便攜式要求的表面張力測(cè)量應(yīng)用,稱重原理的表面張力儀通常不被便攜要求的用戶所采購(gòu)。這部分表面張力儀潛在用戶的選擇在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)選購(gòu)了便攜式表面張力儀。這種便攜式表面張力儀通常采用的原理為泡壓法或氣泡法原理(Max bubble Pressure method)。氣泡法表面張力儀通常分為兩種設(shè)計(jì),一種是直接設(shè)計(jì)出一種手持式的鼓泡裝置,同時(shí)在該裝置中設(shè)計(jì)了壓力傳感器,通過讀取壓力傳感器的值,轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的表面張力值;另一種是采用如稱重法表面張力儀一樣的臺(tái)式機(jī)設(shè)計(jì),應(yīng)用于分析動(dòng)態(tài)表面張力,以分析表面活性劑的動(dòng)態(tài)吸附。事實(shí)上,后者的意義已經(jīng)偏離了便攜式表面張力儀應(yīng)用的目標(biāo),因而不在本文的討論范圍。
市場(chǎng)上銷售的便攜式表面張力儀通常應(yīng)用于如電鍍液品質(zhì)控制、薄膜印刷等等應(yīng)用環(huán)境,但是,便攜式表面張力儀的先天性缺陷造成其實(shí)際應(yīng)用結(jié)果并不理想。氣泡法原理的便攜式表面張力儀事實(shí)上存在非常嚴(yán)重的先天性缺陷:
1、毛細(xì)管管徑(內(nèi)徑)與鼓泡氣路管徑存在明顯的偏小問題。這就造成測(cè)得的壓力值明顯偏大于實(shí)際通過Young-Laplace方程計(jì)算得到的壓力值,從而導(dǎo)致測(cè)值誤差較大。
2、無(wú)法測(cè)試得到平衡表面張力值或測(cè)試表面張力值與稱重原理的表面張力儀測(cè)值偏差太遠(yuǎn),數(shù)據(jù)重復(fù)性差。特別是表面活性劑的表面張力測(cè)量,通常僅得到過程中一段的數(shù)據(jù)而不是終平衡值。
3、測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng),測(cè)試操作過于復(fù)雜。
4、測(cè)試毛細(xì)管清洗存在較大困難,更換成本較高。
5、儀器價(jià)格過高,不利于成本控制。
6、為嚴(yán)重的問題在于:氣泡法表面張力儀通常是通過已知液體標(biāo)定出系統(tǒng)參考,而標(biāo)定液通常為蒸餾水,是一個(gè)靜態(tài)不變的體系,與實(shí)際測(cè)試的表面活性劑或混合液的表面張力值的動(dòng)態(tài)體系是不一致的,因而,測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性存在問題。
7、測(cè)試的表面張力值無(wú)法得到分層表面張力結(jié)果。
因而,很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái),氣泡法的表面張力儀沒有得到廣泛的推廣,部分采購(gòu)了氣泡法便攜式表面張力儀的用戶也沒有將該儀器實(shí)現(xiàn)化、高頻率的使用。
上海梭倫作為美國(guó)科諾中國(guó)戰(zhàn)略投資公司,不斷創(chuàng)新,針對(duì)氣泡法便攜式表面張力儀存在的如上問題,對(duì)現(xiàn)有各種原理的表面張力儀進(jìn)行了綜合選擇與評(píng)估,終確認(rèn)了表面張力三明治效應(yīng)的表面張力儀SL250作為便攜式表面張力儀研制了,并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。上海梭倫SL250系列便攜式表面張力儀提供:
1、24V可充電鋰子池技術(shù),可以為電機(jī)以及高亮度背景燈提供電源。實(shí)現(xiàn)可以野外進(jìn)行測(cè)試的目標(biāo)。
2、提供一次性進(jìn)液器及針頭,每套價(jià)格約2元左右,可以拋棄式使用。
3、整機(jī)重量為3kg左右,非常方便攜帶。
4、測(cè)試算法采用了阿莎算法(ADSA-RealDrop),可以測(cè)試表面張力分明冶效應(yīng),非采用標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)定的算法,科學(xué)依據(jù)更強(qiáng)。
5、測(cè)試操作方便,一次性進(jìn)液器從樣品液槽取樣0.5mL,一滴液滴即可測(cè)試得到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)表面張力(擴(kuò)張滴法)以及平衡表面張力。
6、通過采購(gòu)高速攝像機(jī)以及高速噴射針頭,可以實(shí)現(xiàn)1/400秒=0.0025ms的動(dòng)態(tài)表面張力變化,測(cè)試算法為Max drop shape (MDS)法。
7、價(jià)格低,僅4.5萬(wàn)元人民幣。在需求量較大的應(yīng)用場(chǎng)所,可以定制初級(jí)版本的價(jià)格更為低的版本。