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界面张力仪的定义以及测量方法的介绍(3种)
来源:技术文章    发布时间:2017-09-11    浏览:1171次
  界面张力仪是一种测量界面张力或表面张力大小的仪器,主要由扭力丝、铂金环、支架、杠杆架、蜗轮付等组成。界面张力仪分为白金环法界面张力仪、白金板法界面张力仪、zui大气泡法界面张力仪等。
  界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区,如其中一相为气体,这种界面通常称作为表面。严格说表面应是液体和固体与其饱和蒸汽之间的界面,但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。常见的界面有:气—液界面,气—固界面,液—液界面,液—固界面,固—固界面。与表面张力不同,处在界面层的分子,一方面受到体相内相同物质分子的作用,另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用,其作用力未必能相互抵消。因此界面张力通常要比表面张力小得多。

界面张力仪


  界面张力仪根据测试原理的不同可分为二种:铂金环法和铂金板法
  铂金环法是一种传统的测试方法,从发明到现在有约70年左右的时间。它是用直径0.37mm的铂金丝做成周长为60mm的环。测试时先将铂金环浸入二种不相混合液体的界面(或液面)下2-3mm,然后再慢慢将铂金环向上提,环与液面会形成一个膜。膜对铂金环会有一个向下拉的力,测量整个铂金环上提过程中膜对环所作用的zui大力值,再换算成真正的界面(表面)张力值。由于这种方法测试起来比较麻烦,测试误差也比较大,已迅速被铂金板法所取代。
  铂金板法应用的历史在国外也不到20年,进入国内就更晚了。基于铂金板法的表面/界面张力仪技术要求高、制造难度大,真正被国内用户广泛使用的还是近几年随着国产铂金板法的全自动表面/界面张力仪的研发成功并投入市场。
  界面张力仪铂金板法是用24mm×10mm×0.1mm的铂金板,表面进行喷砂粗化处理,为的是更好地与被测液体润湿。测试时将铂金板轻轻地接触到界面(或表面),由于液体表面张力的作用会将铂金板往下拉,当液体的表面张力及其他相关的力与仪器测试的反向的力达到平衡时,测试值就稳定不变,如果是蒸馏水、乙醇等纯物质,整个测试过程zui快只有几秒钟。
  zui大气泡法界面张力仪
  又称泡压法界面张力仪,BPA界面张力仪。其基本原理为A为界面张力仪,其中间玻璃管F下端一段直径为0.2mm~0.5mm的毛细管,B为充满水的抽气瓶,C为U型压力计,内盛比重较小的水或酒精、甲苯等,作为工作介质,以测定微压差。将待测表面张力的液体装于界面张力仪中,使F管的端面与液面相切,液面即沿毛细管上升,打开抽气瓶的活塞缓缓抽气,毛细管内液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力,当此压力差—附加压力(Δp=p大气—p系统)在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时,气泡就从毛细管口脱出,此附加压力与表面张力成正比,与气泡的曲率半径成反比,其关系式为:界面张力仪公式(7)式中,Δp为附加压力;σ为表面张力;R为气泡的曲率半径。如果毛细管半径很小,则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时,表面几乎是平的,这时曲率半径zui大;随着气泡的形成,曲率半径逐渐变小,直到形成半球形,这时曲率半径R和毛细管半径r相等,曲率半径达zui小值,根据上式这时附加压力达zui大值。气泡进一步长大,R变大,附加压力则变小,直到气泡逸出。根据上式,R=r时的zui大附加压力为:界面张力仪公式(8)实际测量时,使毛细管端刚与液面接触,则可忽略气泡鼓泡所需克服的静压力,这样就可直接用上式进行计算。当用密度为ρ的液体作压力计介质时,测得与Δpzui大相适应的zui大压力差为Δhzui大则:界面张力仪公式(9)当将界面张力仪公式合并为常数K时,则上式变为:界面张力仪公式(10)式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。
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