Summary
שני פרוטוקולים לקביעת המתח שיווי משקל (EST) ערכים באמצעות שיטת הבועה המתעוררים (EBM) ושיטת בועת הספינינג (SBM) מוצגים עבור השלב המכיל מימית המכילים ממים נגד האוויר.
Abstract
אנו מדגימים שני פרוטוקולים חזקים לקביעת המתח משטח שיווי משקל (EST) ערכים עם בדיקות אזור הפרטורציה. ערכי EST צריכים להיות נחושים בעקיפין מערכי מתח פני השטח הדינאמי (DST) כאשר המתח של פני השטח (ST) במצב יציב ויציב נגד רטבאליות. שיטת הבועה המתעוררים (EBM) ושיטת בועת הספינינג (SBM) נבחרו, כי, עם שיטות אלה, זה פשוט להציג את האזור רטבאליות תוך המשך מדידות מתח דינמי. התרחבות פתאומית או דחיסה של בועת אוויר שימשו כמקור לשימוש בשטח עבור ה-EBM. עבור SBM, שינויים בתדר הסיבוב של הפתרון לדוגמה שימשו כדי לייצר שטח רטבאליות. טריטון X-100 תמיסה מימית של ריכוז קבוע מעל הריכוז מיצלה הקריטי שלה (CMC) שימש כפתרון מודל הסקר. ערך EST נחוש של ממשק אוויר/מים מודל מ-EBM היה 31.5 ± 0.1 mN · m-1 וכי מ sbm היה 30.8 ± 0.2 mN · m-1. שני הפרוטוקולים המתוארים במאמר מספקים קריטריונים חזקים ליצירת ערכי EST.
Introduction
קביעת המתח שיווי משקל (EST), או המתח הפנימי בשיווי משקל (EIFT), של ממשק אוויר/מים או שמן/מים מסוים, הוא צעד קריטי עבור יישומים במגוון רחב של תחומים תעשייתיים כגון החלטיות, שחזור שמן משופר , מוצרי צריכה ורוקחות1,2,3,4. ערכי מתח כאלה צריכים להיקבע בעקיפין ממתח הפנים הדינמי (DST) או מהמתח הפנימי הדינמי (DIFT), משום שרק ערכי מתח דינאמיים ניתנים למדידה ישירה. במרווחי זמן קבועים נקבעים ערכי מתח דינאמיים (כלומר, מדידת ערכי המתח כפונקציה של זמן). ערכי מתח שיווי משקל נחשבים כקבועים כאשר ערכי שעון הקיץ נמצאים במצב קבוע. שיווי משקל אמיתי ערכי מתח מבוססים טוב יותר כאשר הם יציבים נגד רטבאליות5. מספר תצפיות על מרגוע המתח לאחר דחיסת שטח המשטח דווחו בעבר על ידי מילר ולונקהיימר, שהשתמשו בשתי שיטות הטפרומטריה הקלאסית, טבעת Du noüy והצלחת ווילמינה שיטות6,7 ,8. שיטות אלה פחות מדויקות מאלה המשמשות במחקר זה, והדסטים הללו נמדדו כל כמה דקות. טכניקות רבות פותחו למדידת מתח פני השטח (ST) או מתח הפנים (IFT) ערכים של ממשקים, אבל יש רק קומץ של טכניקות שניתן להשתמש בהם כדי למדוד את הערכים שעון קיץ או DIFT ולאפשר לאחד להחיל רטבאליות כדי לבדוק את יציבות של ערכי המתח הקבוע במצב יציב9. אם התמיסה הימית מכילה תערובות של חומרים מתכלים, וכאשר אחד מהרכיבים מהיר הרבה יותר מהאחרים, ייתכן שיהיה מישור זמני בשעון הקיץ10. לאחר מכן השיטות שהוצגו לא יעבוד היטב את המאזניים זמן קצר כמו עבור מרכיב אחד הגולש, אבל הם עדיין יכולים לעבוד אם ההליכים מורחבים מעט כדי לכסות את המאזניים זמן ארוך יותר.
הפרוטוקולים המתוארים כאן מציגים נתונים מייצגים רק עבור ערכי מתח הפנים של האוויר/מימית הפתרון. עם זאת, פרוטוקולים אלה חלים גם עבור IFT של פתרון מימית נגד נוזל שני, כגון שמן, אשר מimmiscible עם הפתרון מימית ויש לו צפיפות קטנה יותר מזו של הפתרון מימית. כאן, אנו מציגים שתי שיטות חזקות המקיימות קריטריונים אלה, שיטת הבועה המתפתחת (EBM) ושיטת בועת הספינינג (SBM). בשתי השיטות, האחד קובע ערכי ST המבוססים על צורות בועה ואינם מחייבים מידע על זווית המגע, אשר יכול להציג ודאות משמעותית ושגיאות למידות. עבור ה-EBM, האזור רטבאליות מוצגים על ידי שינוי פתאומי את עוצמת הקול של הבועה המתעוררים מתוך קצה מחט מזרק. עבור SBM, שינויים בתדר הסיבוב של הדגימות משמשים עבור שטח רטבאליות. הפרוטוקולים המפורטים מיועדים להנחות את החוקרים בתחום, כך שהם יכולים להימנע מטעויות נפוצות או שגיאות בtensiometry דינמית ושיווי משקל ולסייע במניעת פרשנויות לא מדויקות של הנתונים הנרכשים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. מפרט מכשיר מינימלי
- הכינו מדידת מהירות עבור ה-EBM עם המפרט הבא: (i) מערכת שליטה על נפח הגז החילוק; (ii) מצלמה ללכידת תמונת הבועה; (iii) תוכנת ניתוח תמונה לפתירת משוואת לפלס-צעירה (משוואת משוואות LY) באמצעות אלגוריתם ניתוח צורת בועה axisymmetric11,12; ו (iv) תא המדגם מבוקרת טמפרטורה.
הערה: בדרך כלל ניתן להשתמש בכלי עבור ה-EBM גם לשיטת הירידה בתליון, שבה נוצרת ירידה קטנה ותלויה אנכית מקצה מחט המזרק. - הכינו מדידת מהירות עבור SBM עם המפרט הבא: (i) מחזיק שפופרת לדוגמה כי הוא מסוגל לסובב מחזיק צינור לדוגמה אופקית בתדרים סיבוב גבוה של לפחות 6,000 rpm; (ii) מצלמה עבור לכידת את התמונה של בועת ספינינג בצינור; ו (iii) תוכנת ניתוח תמונה כדי לפתור את המשוואה הכללית LY ו משוואת וונגוט13.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.
2. חומרים והכנות לדוגמה
- להשיג מים טהורים ממנגנון טיהור מים. הסרוב של המים על 25 ° צ' על הפלט המכשיר צריך להיות 18.2 MΩ · ס"מ או קרוב.
- נקו את כל מבחנות הורוסיליקט, תאי הקוורץ, כלי הזכוכית והברים המגנטיים, על ידי השריה במים טהורים לפחות 8 שעות וחוזרים על תהליך הספיגה לפחות עוד פעם אחת.
הערה: תהליך הספיגה נועד להסיר יונים שיורית ממיכלי הזכוכית, שיכולים להשפיע באופן משמעותי על ערכי המתח בפני השטח. - הכינו פתרון מעניין בכלי הזכוכית הנקיים.
הערה: ריכוז החומרים צריך להיות נמוך יותר ממגבלת מסיסות במים. - רוחצים כל מכולה שישמשו למדידות המתח עם פתרון המדגם שישמש למדידות בפועל לפני הטעינה לדוגמה.
- למדוד את צפיפויות הדגימות הנוזלי לפני מדידת המתח עד שלוש או ארבע דמויות משמעותיות.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.
3. משטח ושיטת בועה מתפתחים (EBM)
- כיול התקן רכישת התמונה של מדידת הסיביות בהתאם למדריך המשתמש של הספק.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - בחר מחט הפוכה פלדת אל-חלד המבוססת על קוטר הבועה המקסימלי המשוער מערכי מתח פני השטח המשוער.
הערה: קוטר הבועה המקסימלי יכול להיות מוערך מאורך נימי,
dc (, כאשר γ הוא מתח פני השטח (N · m-1), Δρ הוא הבדל הצפיפות של השלב הנוזלי ואת האוויר (ק"ג · m-3), ו- g היא האצת כבידה (m2· s-1)). נפח הבועה המירבי (Vmax) ניתן להערכה כ- πdc3/6.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - מניחים את המחט נירוסטה הפוכה, המתקבל מאותו ספק של tensiometer, בקצה של המכשיר מחלק.
הערה: מתקן אוטומטי מומלץ לעומת מזרק ידני, כי זה קל יותר ומדויק יותר עבור המשתמשים לייצר את אמצעי האחסון הרצוי, ולאחר מכן, נפח ואזור רטבאליות על פני השטח. הצעד הקטן ביותר של הנפח של מנפק מומלץ להיות פחות מ 1 μL, מ 0.2-0.5 μL, כדי לייצר רטבאליות אזור מדויק. הפרוטוקול יכול להיות מושהה כאן. - קבעו את נפח המדגם הנוזלי למדידות המתח, כך שעומק המדגם הנוזלי ארוך מספיק כדי לקבל את כל החלק ההפוך של המחט המדירה מתחת לגוף, וכדי לקבל עומק של כ -20 מ"מ של דגימת נוזל בין ה קצה המחט הפוכה ומשטח הדגימה הנוזלית.
- טען דגימת נוזל בתא הקוורץ והציבו את התא על גבי פלטפורמת הדגימה. בדוגמה שלנו, נפח הדגימה הנוזלית היה 40 mL.
- להתאים את הגובה של המחט הפוכה כך קצה המחט היא לפחות 20 מ"מ מתחת לפני השטח של דגימת נוזל.
- התאימו את מיקום המחט ההפוכה כך שגבול קצה המחט מקביל למשטח האוויר הנוזלי.
- הכנס ~ 1 mL של אוויר דרך המחט הפוכה מתחת לפני הסיר כדי להסיר זיהומים שיכול להיות נוכח על קצה המזרק. הליך זה משמש לשיפור הטוהר הכימי של פני השטח של ממשק האוויר/נוזלי.
- הערך את עוצמת הבועה המרבית (Vmax) בפרוצדורה המתוארת כדלקמן. ראשית, לוותר על 2 μL של אוויר כדי ליצור בועה בקצה של המזרק ולהתבונן בצורת בועה. לאחר מכן, להגדיל את נפח הבועה על-ידי ~ 0.5 μL ולהתבונן בצורת בועה. חזור על שני השלבים הקודמים עד לניתוק הבועה מקצה המחט. שלב זה מציין את ה-Vmax.
- קבע את הטווח המתאים של אמצעי האחסון של הבועה, בהתבסס על ערכת התצפיות הקודמת.
הערה: צורת הבועה צריכה להיות שאינה כדורית, מעוות באופן משמעותי על ידי כוח הכבידה, כדי לאפשר שימוש מדויק של שחרור הצורה axisymmetric האלגוריתם ניתוח, ואת נפח הבועה צריך להיות קטן למדי מאשר Vmax כדי למנוע ניתוק בועה מן ה קצה מחט. עבור תיאור המזרק עם הקוטר הפנימי של 0.84 מ"מ, נפח הבועה הראשונית המועדף הוא על 4 μL. - קבע את עוצמת הקול ההתחלתית המבוססת על טווח אמצעי האחסון שנקבע מהשלב הקודם. נפח הבועה הראשונית צריך להיות קרוב לאמצע של טווח אמצעי האחסון בועה, כך את אמצעי האחסון, והאזור, רטבאליות לייצר בועות בתוך הטווח.
- מוותר על נפח הבועה הראשונית שנקבע מראש מהשלב הקודם כדי ליצור בועה בקצה של קצה המזרק ההפוכה. ודא כי הבועה היא בשיווי משקל הידרוסטטי, כלומר המתח פני השטח מאזן את כוחות הכבידה (ציפה).
הערה: חשוב לקבל את הבועה מוצמד מחוץ למתחם קצה המחט כדי למנוע נוכחות של פתרון החומרים הגולש בתוך מחט המזרק. אם הבועה מוצמדת לתוך קצה המחט, חזור על השלב 3.8 כדי לטהר את קצה המחט. - למדוד את המתח פני השטח דינמי מבוסס על הצורה של בועת האוויר המיוצר בקצה של קצה המחט כל 1 s, או מרווח זמן אחר מוגדר מראש. האלגוריתם המספרי המומלץ לחישוב מתח פני השטח הוא אחד המבוסס על שיטת ניתוח צורת הירידה axisymmetric של המשוואה הולי11,12.
- השוואת הצורה הממשית של הבועה בצורה המחושבת. אם שתי הצורות חופפות לחלוטין, או כמעט, האדם מסיק שהמשוואה השיווי משקל חוקית עבור כל צורה דינאמית ומשתנה באופן איטי. הסקנה זו חוקית לחלוטין כאשר הבועה מפסיקה לנוע, והפסקת השינוי מפסיקה להיות בעלת איזון הידרוסטטי.
הערה: הקריטריון שערך המתח של פני השטח הוא אחיד בכל הממשק ושהשפעות הידרודינמיות אינן חשובות היא שצורת ממשק הבועה המחושבת המבוססת על ערכי מתח המשטח הנגזרת המיטבית חופפת באופן חזותי עם ה צורת ממשק בועה בפועל. בדיקות כמותיים נוספות אפשריות אך לא ייחשבו במאמר זה. - למדוד את המתח פני השטח כפונקציה של זמן עד המתח הראשון המצב הקבוע של פני השטח (SST1) מושגת. SST מוגדר כערך הרמה שמעבר לו מתח פני השטח משתנה על ידי פחות מ 1 mN · m-1 (או על ידי פחות מ 5%) במספר (10 עד 100) מדידות מתח משטח דינמי ברציפות.
- הקלט את עוצמת הבועה (V1) ואת פני השטח (A1)
- הפחת את עוצמת הקול של הבועה על-ידי הסרת ~ 1 μL של אוויר, והקלט את עוצמת הקול החדשה, V2 והאזור, A2 (ראה איור 1).
- המשך למדוד את שעון הקיץ ואת האזורים עד שעון הקיץ יגיע ל-SST השני (SST2) בנפח הבועה של V2.
- הרחב את נפח הבועה על-ידי הזרקת ~ 1 μl של אוויר כך V3 ≈ v1 ו 3 ≈ 1.
הערה: לאחר v3 ו- 3 בדיוק שווה ל- v1 ו -1 אינו חיוני. - המשך למדוד ערכי שעון קיץ עד להגעת SST (SST3) השלישי. אם שלושת ערכי SST שונים זה מזה על ידי פחות מ 1.0 mN · m-1, או על ידי 5%, אז הממוצע שלהם מוגדר מתח משטח שיווי משקל (EST).
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.
dc (, כאשר γ הוא מתח פני השטח (N · m-1), Δρ הוא הבדל הצפיפות של השלב הנוזלי ואת האוויר (ק"ג · m-3), ו- g היא האצת כבידה (m2· s-1)). נפח הבועה המירבי (Vmax) ניתן להערכה כ- πdc3/6.4. משטח עם שיטת בועה מסתובבת (SBM)
- כיול התקן רכישת התמונה של מדידת הסיביות בהתאם למדריך המשתמש של הספק.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - ממלאים את שפופרת הזכוכית של מחזיק המדגם, תואם tensiometer ספינינג למדידה, עם דגימת נוזל ולסגור את המכסה. אין להציג בועות אוויר בתוך צינור הזכוכית.
הערה: מומלץ להשתמש במחזיק הדגימה ובצינור הזכוכית, המסופקים על-ידי ספק הכלי או התואמים לחומרי הלחץ. - מניחים את מחזיק המדגם המלא בתוך החדר המסתובב של הטאנמטר המסתובב.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - ספין הצינור בקצב נמוך של ~ 500 סל ד כדי למנוע את הבועה המוזרקת לעבור כלפי מעלה ו/או חיבור לקיר הצינור.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - טען ~ 2.0 μL של אוויר במזרק.
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. - הכנס את המחט מזרק חודר דרך מחיצת פולימר איטום החלק העליון של צינור ספינינג.
- להזריק בועת אוויר של ~ 2.0 μL לתוך השפופרת מסתובב.
הערה: עוצמת הבועה בדרך כלל נשארת קבועה, אלא אם כן הבועה נשברת. אם הבועה נשברת, עדיף להתחיל שוב את התהליך. - להגדיל את תדירות הסיבוב של מחזיק המדגם כדי ν1 כך את הבועה בתוך הצינור זכוכית מעוות כך את היחס של אורך הבועה האופקית (L) ואת רדיוס של אמצע הבועה (R) כדי להגיע לערך של 8 או גדול.
הערה: אם, עם הכלי הזמין, את השפופרת לדוגמה לא ניתן לסובב בתדר הסיבוב גבוה מספיק כדי לאפשר דפורמציה בועה משמעותית יש יחס L/R של 8 או יותר, משוואת LY הכללית ניתן להשתמש כדי לחשב שעון קיץ ערכים. - כוונן את זווית ההטיה של תא המדידה המכיל את הצינורית, במידת הצורך, כדי למקם את הצינור לדוגמה בכיוון אופקי, כדי למנוע תנועת בועות, וכיצד לסייע בהשגת שיווי משקל (הידרוסטטי בנוזל מסתובב) ל צורה axisymmetric הניח במשוואה LY האלגוריתם בשימוש.
הערה: גירוסטטים שיווי משקל מוגדר לסיבוב בועות, בצורה אנלוגית לאיזון הידרוסטטי של בועות שאינן מסתובבות, כאשר הבועה אינה נעה. - מדוד את ערכי שעון הקיץ במרווח זמן מוגדר מראש. הערך האופייני הוא 1 s.
- המשך למדוד את שעון הקיץ בתדר סיבוב קבוע, ν1, עד שהוא מגיע לערך מצב יציב (sst1) ולהקליט את sst1 ואת תדירות הסיבוב ν1 (ראה איור 2).
- הקלט את עוצמת הבועה, V1 ואזור, 1.
- לשנות את תדירות הסיבוב לתדר סיבוב שני, ν2, כדי לשנות את פני השטח.
- המשך למדוד את שעון הקיץ בתדר סיבוב קבוע, ν2, עד שהוא מגיע לערך שני של מצב קבוע (sst2) ותדירות הסיבוב ν2.
- הקלט את עוצמת הבועה, V2 ואזור, 2.
הערה: v2 צריך להיות מאוד קרוב V1. - שנה את תדירות הסיבוב ל- ν3.
הערה: לאחר ν3 בדיוק שווה ל- ν1 אינו חיוני. - מדוד ערכי שעון קיץ בתדר סיבוב קבוע, ν3, עד הערך השלישי של מצב קבוע, sst3, מגיע.
- שיא ν3 ו 3.
- 4.19. כאשר שלושת ערכי SST שונים זה מזה בפחות מ 1.0 mN · m-1 (או על ידי פחות מ 5%), הממוצע שלהם נלקח להיות "EST".
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מתח משטח דינמי מתח משטח שיווי משקל של טריטון מימית X-100 פתרון עם EBM
ערכי SST של טריטון X-100 פתרונות נגד האוויר נמדדו, ואת היציבות שלהם נבדק 5 מ"מ פתרון מימית; CMC של החומרים הללו במים הוא 0.23 מ"מ14. SST1, 31.5 ± 0.1 mN · m-1, התקבל כ 20 s לאחר הבועה נוצרה (איור 3). לאחר כ -25 s, אזור פני השטח נדחס מ1 = 11.4 mm2 ל 2 = 9.0 Mm2 על ידי הפחתת נפח בועה מ v1 = 3.8 μl כדי v2 = 2.8 μl. שעון הקיץ ירד לראשונה 31 mN · m-1, ובתוך 1 s, זה עלה ל-sst2 של 31.5 ± 0.1 mN · m-1. לאחר כ 50 s, שטח פני השטח הורחב בפתאומיות מ2 = 9.0 mm2 ל 3 = 11.4 mm2 על ידי הגדלת נפח בועה מ 2.8 μl (v2) כדי 3.8 μl (v 3). ערך שעון הקיץ השתנה מעט ולכן, SST3 היה נחוש להיות 31.5 ± 0.1 mN · m-1. שלושת ערכי ה-SST היו זהים. לכן, EST היה נחוש להיות 31.5 ± 0.1 mN · m-1.
מתח משטח דינמי מתח משטח שיווי משקל של טריטון מימית X-100 פתרון עם SBM
בשעה 9,000 סל ד, SST1, 30.9 ± 0.1 mN · m-1, של טריטון אותו ה-X-100 הפתרון כפי שמתואר לעיל הגיע כ-500 s לאחר הוזרק את הבועה (איור 4). לאחר מכן, אזור פני השטח הופחת על ידי שינוי פתאומי של תדירות סיבוב מ ν1 = 9,000 rpm כדי ν2 = 8,500 rpm. אז, שעון הקיץ ירד ל 27.5 mN · m-1, ולאחר מכן בתוך 1 s עלה ל 30.6 mn · m-1. מכאן, SST2 היה 30.6 ± 0.1 mN · m-1. לאחר ~ 630 s, אזור פני השטח הורחב על ידי הגדלת תדירות סיבוב מ ν2 = 8,500 rpm כדי ν3 = 9,000 rpm. שעון הקיץ קפץ ~ 34 mN · m-1, ואז הוא ירד במהירות לערך מצב קבוע של 30.8 ± 0.1 mN · m-1, sst3. מכאן, EST נקבע כמו 30.8 ± 0.2 mN · m-1. ההפרש של 2.2% בערכי EST משתי השיטות הוא ככל הנראה בשל שגיאה שיטתית מסוימת; הדיון בשגיאות אלה חורג מהיקף הנייר הנוכחי.
איור 1 . תרשים סכימטי של DST, ערכי מתח של המצב היציב (SST1, sst2, ו-sst3) ו-EST עם ebm. נ' 1 הוא נפח הבועה הראשונית, ו- v2 ו- v3 הם אמצעי האחסון בועה לאחר הראשון ואת הנפח השני, אזור, רטבאליות, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2 . תרשים סכימטי של DST, המצב יציב המתח הקרקע ערכים (SST1, sst2, ו sst3), ו-EST עם sst. כאן, ν1 הוא תדירות הסיבוב לפני השטח רטבאליות, ו ν2 ו ν3 הם תדרי הסיבוב לאחר התדר הראשון והשני, והאזור, רטבאליות, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3 . שעון הקיץ של המודל הגולש במים די (5 מ"מ) נגד אוויר עם EBM. באיור זה, v1 הוא נפח הבועה הראשונית, ו- v2 ו- v3 הם אמצעי האחסון בועה לאחר הראשון ואת הנפח השני, ואת האזור, רטבאליות, בהתאמה. לפני כל הזמנה, ערכי שעון הקיץ הגיעו לערך מישור, המוגדר כ-SST. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4 . שעון הקיץ של המודל הגולש במים די (5 מ"מ) נגד האוויר המוערך עם SBM. באיור זה, ν1 הוא תדירות הסיבוב לפני השטח רטבאליות, ν2 ו- ν3 הם תדרי הסיבוב לאחר התדר הראשון והשני, והאזור, רטבאליות, בהתאמה. בדומה לשיטת EBM, לפני כל הזמנה, ערכי שעון הקיץ הגיעו לערך רמה, המוגדר כ-SST. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ה-EBM ו-SBM הם שיטות פשוטות ואיתנות לקביעת ערכי מתח לממשקי אוויר/מים או שמן/מים בלחץ אטמוספירי. מידע תנאי מוקדם עבור שיטות אלה הוא הצפיפות של כל שלב, ולא מידע זווית המגע נדרש לקביעת ערכי המתח9. המגבלה העיקרית של הטכניקות היא כי הדגימות צריך צמיגות נמוכה, ולהיות חד פאזי או מתחת מסיסות החומרים. שני הפרוטוקולים, ה-EBM ו-SBM, משמשים למדידת ערכי שעון קיץ כדי לפקח עליהם כפונקציה של זמן. כאשר מגיעים לערך SST, היציבות של ערך SST נבדק על-ידי מדידת שעון הקיץ לאחר החלת רטבאליות שטח. לאחר מכן, ניתן להוציא ערכי SST לא יציבים או מטיציבים את5, וניתן לקבוע את ערכי EST האמינים.
השלבים הקריטיים של פרוטוקול ה-EBM הם (i) הסרת זיהומים מן המחט מזרק עצה (שלב 3.8) ו (ii) את הבחירה של המידה הנכונה של כל האזור הפרטורציה. אם קצה מחט המזרק מכיל זיהומים הפועלים מפני שטח, ייתכן שערכי שעון הקיץ הנמדדים יהיו בעלי שגיאות משמעותיות בהשוואה לאלה עם קצה מטוהר. על ידי יצירת וניתוק סדרה של בועות אוויר בקצה המזרק, זיהומים הפעילים משטח ניתן להסיר עם בועות האוויר. בנוסף, אם נמצאו ערכי EST להשתנות באופן משמעותי מן הבועה לבועה, מומלץ להתחיל את הניסוי עם דגימת נוזל חדש עם שטוף כראוי מכולות דגימת נוזל ומחטים מזרק. תהליך השטיפה של המכולות הנוזלי מתואר בשלב 2.2 וניתן להשתמש באותו תהליך, במידת הצורך, לשטיפת מחטי המזרק. יתרה מזאת, אם אזור פני השטח נדחס עד כדי כך שהצורה של בועת האוויר תהיה קרובה לצורה כדורית, ייתכן שערכי שעון הקיץ המתקבלים יהיו בעלי שגיאות משמעותיות בשל הקשיים בהשגת פתרונות מדויקים עם התוכנה הזמינה. במקרים כאלה, היקף דחיסת השטח צריך להיות קטן יותר, או נפח הבועה ההתחלתי, לפני הדחיסה שטח פני השטח, צריך להיות גדול יותר.
הצעדים הקריטיים של פרוטוקול SBM הם (i) הזרקת בועת אוויר ללא כל חדירה של בועות אוויר ו (ii) מונע את בועת האוויר המוזרקים מיצירת קשר עם כל המשטחים המוצקים (למשל, הקיר הפנימי של הצינור לדוגמה או מחיצת המחיצה), כך שיווי משקל גירוסטטי ניתן לשמור בכל מדידה. אם בועות אוויר מרובים מוזרק או שנוצרו בצינור זכוכית מסתובב לדוגמה, ואם הבועה האלה הם בסמיכות אחד לשני, אז ערכי שעון החול המתקבל עשויים להיות שגיאות משמעותיות בשל אינטראקציות הידרודינמיות בין בועות אוויר. במקרים כאלה, מומלץ להתחיל את הניסוי שוב משלב ההעמסה של פתרון החומרים (Step 4.2). כמו כן, על מנת לשמור על גירוסטטי שיווי משקל לאורך כל מדידה, מומלץ מאוד לשמור על ניטור המיקום של בועת אוויר ספינינג. כל נסחף של בועת ספינינג כדי או שמאלה או הכיוון הנכון יכול להיות ממוזער על ידי שליטה זווית ההטיה של מחזיק המדגם ספינינג.
ניתן להשתמש גם באותו משטח לפרוטוקול EBM לקביעת תצורה של שיטת ירידה בתליון, שבה הפתרון הגולש מושעה אנכית בסוף קצה המזרק. שיטת שחרור התליון יש חיסרון, ביחס EBM עבור ניסויים הדורשים פעמים ארוכות (מעל כ 1 h), כמו עוצמת השחרור עלולה לרדת עקב אידוי הממס. עם זאת, ייתכן ששיטת השחרור של התליון תהיה מועדפת, כאשר אמצעי האחסון הנוזלי הזמין קטן יותר מאמצעי האחסון המינימלי הנדרש עבור ה-EBM. שיטת SBM יש יתרונות מסוימים על שיטת ירידה בתליון, שיטת Du Noüy Ring, או שיטת הצלחת וילהאמי כי המדגם הוא בצינור אטום לאורך המידות, ובכך לבטל שגיאות בשל התאיידות הממס. בנוסף, כפי שמתואר בסעיף המבוא, מתיחות הפנים (בתרי) בין שני נוזלים immiscible, כגון שמן ומים עבור יישומים משופרים לשחזור נפט5,15 או פחמימנים ו פלואור שכבה לכיבוי נוזלים16, ניתן לקבוע עם אותו tensiometers עם אותם פרוטוקולים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
. למחברים אין מה לגלות
Acknowledgments
המחברים אסירי תודה לחברת הנפט החלוצית (וינסנס, IN) לתמיכה כספית.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10 µL, Model 1701 SN SYR, Cemented NDL, Custom gauge, length, point style | Hamilton | 80008 | gauge: 26s, needle length: 2.5 inch, point style: 2 |
| Anton Paar Density Meter | Anton Paar | DMA 5000 | |
| Barnstead MicroPure Water Purification System | Thermo Fisher Scientific | 50132374 | |
| Emerging bubble tensiometer | Ramé-Hart Instrument Company | Model 790 | |
| Spinning bubble tensiometer | DataPhysics Instruments | SVT 20 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 |
References
- Shah, D. O., Schechter, R. S. Improved oil recovery by surfactant and polymer flooding. , Academic Press Inc. New York. (1977).
- Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. Principles of Colloid and Surface Chemistry. , Marcel Dekker, Inc. New York. (1997).
- Adamson, S. W. Physical Chemistry of Surfaces. , Wiley. New York. (1990).
- Doe, P. H., El-Emary, M., Wade, W. H., Schechter, R. S. Surfactants for producing low interfacial tensions: II. Linear alkylbenzenesulfonates with additional alkyl substituents. Journal of the American Oil Chemists' Society. 55 (5), 505-512 (1978).
- Chung, J., Boudouris, B. W., Franses, E. I. Surface Tension Behavior of Aqueous Solutions of a Propoxylated Surfactant and Interfacial Tension Behavior against a Crude Oil. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 537, 163-172 (2018).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. On the determination of equilibrium surface tension values of surfactant solutions. Colloid & Polymer Science. 261 (7), 585-590 (1983).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. Adsorption kinetics measurements of some nonionic surfactants. Colloid & Polymer Science. 264 (4), 357-361 (1986).
- Lunkenheimer, K., Miller, R. Properties of homologous series of surface-chemically pure surfactants at the water-air interface Part I: Equilibrium properties. Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften der DDR, abteilung Mathematik, Naturwissenschaften, Technik. (1), 113 (1986).
- Franses, E. I., Basaran, O. A., Chang, C. -H. Techniques to measure dynamic surface tension. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 1 (2), 296-303 (1996).
- Hua, X. Y., Rosen, M. J. Dynamic surface tension of aqueous surfactant solutions 1. basic parameters. Journal of Colloid and Interface Science. 124 (2), 652-659 (1988).
- Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces. Journal of Colloid And Interface Science. 93 (1), 169-183 (1983).
- Boyce, J. F., Schurch, S., Rotenberg, Y., Neumann, A. W. The Measurement of Surface and Interfacial Tension by the Axisymmetric Drop Technique. Colloids and Surfaces. 9, 307-317 (1984).
- Vonnegut, B. Rotating bubble method for the determination of surface and interfacial tensions. Review of Scientific Instruments. 13 (1), 6-9 (1942).
- Lin, S. -Y., Mckeigue, K., Maldarelli, C. Diffusion-controlled Surfactant Adsorption Studied by Pendant Drop Digitization. AIChE Journal. 36 (12), 1785-1795 (1990).
- Sheng, J. J. Modern chemical enhanced oil recovery: theory and practice. Gulf Professional Publishing. , (2010).
- Moody, C. A., Field, J. A. Perfluorinated surfactants and the environmental implications of their use in fire-fighting foams. Environmental Science and Technology. 34 (18), 3864-3870 (2000).
