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Engineering

क्षेत्र क्षोभ परीक्षण के साथ संतुलन सतह तनाव मूल्यों का सटीक निर्धारण

Published: August 30, 2019 doi: 10.3791/59818
Automatic Translation
1, 1,2, 1
1Charles D. Davidson School of Chemical Engineering, Purdue University, 2Department of Chemistry, Purdue University

Summary

उभरती हुई बुलबुला विधि (ईबीएम) और कताई बुलबुला विधि (एसबीएम) का उपयोग कर संतुलन सतह तनाव (ईएसटी) मूल्यों का निर्धारण करने के लिए दो प्रोटोकॉल हवा के खिलाफ एक सर्फैक्टेंट युक्त जलीय चरण के लिए प्रस्तुत किए जाते हैं।

Abstract

हम क्षेत्र क्षोभ परीक्षणों के साथ संतुलन सतह तनाव (ईएसटी) मूल्यों का निर्धारण करने के लिए दो मजबूत प्रोटोकॉल प्रदर्शित करते हैं। EST मान अप्रत्यक्ष रूप से गतिशील सतह तनाव (DST) मान से निर्धारित किया जाना चाहिए जब सतह तनाव (एसटी) मान स्थिर राज्य में हैं और क्षोभ के खिलाफ स्थिर. उभरते बुलबुला विधि (EBM) और कताई बुलबुला विधि (SBM) चुना गया था, क्योंकि, इन तरीकों के साथ, यह गतिशील तनाव माप जारी रखते हुए क्षेत्र क्षोभ परिचय सरल है. एक हवा बुलबुला के अचानक विस्तार या संपीड़न EBM के लिए क्षेत्र क्षोभ के एक स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया गया था. एसबीएम के लिए, नमूना समाधान के घूर्णन आवृत्ति में परिवर्तन क्षेत्र क्षोभ का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया गया. अपने महत्वपूर्ण मिसेल एकाग्रता (सीएमसी) के ऊपर एक निश्चित एकाग्रता के एक Triton X-100 जलीय समाधान एक मॉडल surfactant समाधान के रूप में इस्तेमाल किया गया था. ईबीएम से मॉडल वायु/जल अंतराफलक का निर्धारित ईएसटी मूल्य 31.5 $0.1 एमएन-1 था और एसबीएम से 30.8 - 0.2 एमएन-1था। लेख में वर्णित दो प्रोटोकॉल EST मान स्थापित करने के लिए मजबूत मानदंड प्रदान करते हैं।

Introduction

संतुलन सतह तनाव (ईएसटी), या संतुलन interfacial तनाव (EIFT), एक दिया हवा / पानी या तेल / पानी इंटरफ़ेस की एक महत्वपूर्ण कदम है जैसे detergency, बढ़ाया तेल वसूली के रूप में औद्योगिक क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है , उपभोक्ता उत्पादों , और भेषज संहिता1,2,3,4. केवल डायनेमिक तनाव मान प्रत्यक्ष औसत दर्जे के होते हैं, क्योंकि इस तरह के तनाव मान अप्रत्यक्ष रूप से डायनेमिक सतह तनाव (DST) या डायनेमिक interfacial तनाव (DIFT) से निर्धारित किया जाना चाहिए। गतिशील सतह तनाव मान (यानी, समय के एक समारोह के रूप में तनाव मूल्यों को मापने) नियमित समय अंतराल पर निर्धारित कर रहे हैं. संतुलन तनाव मान निर्धारित किया जा करने के लिए जब DST मान स्थिर स्थिति में हैं समझा जाता है। सही संतुलन सतह तनाव मूल्यों बेहतर स्थापित कर रहे हैं जब वे क्षोभ के खिलाफ स्थिर5. सतह क्षेत्र संपीड़न के बाद तनाव छूट के कई टिप्पणियों पहले मिलर और Lunkenheimer, जो दो शास्त्रीय tensiometry तरीकों का इस्तेमाल किया द्वारा सूचित किया गया है, डु नोज़ी अंगूठी और Wilhelmy प्लेट तरीकों6,7 ,8. उन तरीकों को इस अध्ययन में इस्तेमाल लोगों की तुलना में कम सटीक हैं, और उन DSTs हर कुछ मिनट मापा गया. कई तकनीकों सतह तनाव को मापने के लिए विकसित किया गया है (एसटी) या interfacial तनाव (IFT) इंटरफेस के मूल्यों, लेकिन वहाँ केवल तकनीक है कि DST या DIFT मूल्यों को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और एक को लागू करने के लिए perturbations परीक्षण करने के लिए अनुमति देने के लिए उपयोग किया जा सकता है अधिग्रहीत स्थिर अवस्था तनाव मूल्यों की स्थिरता9| यदि जलीय विलयन में सर्फैक्टेंट मिश्रण होता है, और जब एक घटक दूसरों की तुलना में बहुत तेज़ीसे अधिशोषित हो जाता है, तो डीएसटी वक्र 10 में एक अस्थायी पठार हो सकता है। फिर प्रस्तुत विधियों एक घटक surfactants के लिए के रूप में कम समय के पैमाने में अच्छी तरह से काम नहीं कर सकते हैं, लेकिन वे अभी भी काम कर सकते हैं अगर प्रक्रियाओं थोड़ा लंबे समय पैमाने को कवर करने के लिए बढ़ा रहे हैं.

यहाँ वर्णित प्रोटोकॉल केवल किसी वायु/जलीय विलयन के सतह तनाव मानों के लिए प्रतिनिधि डेटा दिखाते हैं। हालांकि, इन प्रोटोकॉल भी एक दूसरे तरल के खिलाफ एक जलीय समाधान के IFT के लिए लागू होते हैं, जैसे एक तेल, जो जलीय समाधान के साथ अमिश्रणीय है और जलीय समाधान की तुलना में एक छोटे घनत्व है. यहाँ, हम दो मजबूत तरीके है कि इन मानदंडों को संतुष्ट, उभरते बुलबुला विधि (EBM) और कताई बुलबुला विधि (SBM) प्रस्तुत करते हैं. दोनों तरीकों में, एक अनुसूचित जनजाति मूल्यों है कि बुलबुला आकार पर आधारित हैं और संपर्क कोण जानकारी है, जो माप के लिए महत्वपूर्ण अनिश्चितताओं और त्रुटियों को लागू कर सकते हैं की आवश्यकता नहीं है निर्धारित करता है. ईबीएम के लिए, सीरिंज सुई टिप से उभरने वाले बुलबुले की मात्रा को अचानक बदलकर क्षेत्र क्षोभ शुरू किया जाता है। एसबीएम के लिए, नमूनों की घूर्णन आवृत्ति में परिवर्तन क्षेत्र क्षोभ के लिए उपयोग किया जाता है। विस्तृत प्रोटोकॉल का उद्देश्य क्षेत्र में शोधकर्ताओं का मार्गदर्शन करना है, ताकि वे गतिशील और संतुलन टेन्सियोमेट्री में आम गलतियों या त्रुटियों से बच सकें और अधिग्रहीत डेटा की गलत व्याख्याओं को रोकने में मदद कर सकें।

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Protocol

1. न्यूनतम साधन विनिर्देशों

  1. निम्नलिखित विनिर्देशों के साथ ईबीएम के लिए एक टेन्सियामीटर तैयार करें: (i) गैस की मात्रा को नियंत्रित करने के लिए एक वितरण प्रणाली; (ii) बबल इमेज कैप्चर करने के लिए कैमरा; (iii) अक्षमितीय बबल आकृति विश्लेषण एल्गोरिथ्म11,12के साथ लाप्लेस-युंग समीकरण (एलवाई समीकरण) को हल करने के लिए एक छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर; और (iv) एक तापमान नियंत्रित नमूना कक्ष.
    नोट: आमतौर पर, ईबीएम के लिए साधन भी लटकन ड्रॉप विधि के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसमें एक छोटी सी बूंद का गठन किया है और एक सिरिंज सुई के अंत से खड़ी लटका हुआ है।
  2. निम्नलिखित विनिर्देशों के साथ एसबीएम के लिए एक टेन्सimeters तैयार करें: (i) एक नमूना ट्यूब धारक जो कम से कम 6,000 आरपीएम की उच्च रोटेशन आवृत्तियों पर क्षैतिज रूप से एक नमूना ट्यूब धारक कताई करने में सक्षम है; (ii) ट्यूब में कताई बुलबुला की छवि पर कब्जा करने के लिए एक कैमरा; और (iii) सामान्य LY समीकरण और Vonnegut समीकरण13को हल करने के लिए एक छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर.
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।

2. सामग्री और नमूना तैयारी

  1. जल शोधन तंत्र से शुद्ध जल प्राप्त की। युक्ति निर्गत पर 25 डिग्री सेल्सियस पर जल की प्रतिरोधकता 18ण्2 उउ अथवा निकट होनी चाहिए।
  2. सभी बोरोसिलिकेट शीशियों, क्वार्ट्ज कोशिकाओं, कांच के बर्तन, और चुंबकीय सरगर्मी सलाखों को कम से कम 8 एच के लिए शुद्ध पानी में भिगोने और कम से कम एक बार भिगोने की प्रक्रिया को दोहराने के द्वारा साफ करें।
    नोट: भिगोने की प्रक्रिया कांच के कंटेनर से अवशिष्ट आयनों को हटाने के उद्देश्य से है, जो सतह तनाव मूल्यों को काफी प्रभावित कर सकते हैं।
  3. साफ ग्लासवेयर में रुचि का एक सर्फैक्टेंट समाधान तैयार करें।
    नोट: सर्फेक्टेंट एकाग्रता पानी में इसकी घुलनशीलता सीमा से कम होनी चाहिए।
  4. नमूना लोड होने से पहले वास्तविक माप के लिए उपयोग किया जाएगा कि नमूना समाधान के साथ तनाव माप के लिए इस्तेमाल किया जाएगा कि प्रत्येक कंटेनर धो लें.
  5. तीन या चार महत्वपूर्ण आंकड़े करने के लिए तनाव माप से पहले तरल नमूनों के घनत्व को मापने.
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।

3. उभरते बुलबुला विधि (EBM) के साथ सतह tensiometry

  1. विक्रेता के उपयोगकर्ता पुस्तिका के अनुसार दसियोंiometer की छवि-प्राप्त डिवाइस कैलिब्रेट करें।
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।
  2. अनुमानित सतह तनाव मूल्यों से अनुमानित अधिकतम बुलबुला व्यास के आधार पर एक उल्टे स्टेनलेस स्टील सुई का चयन करें।
    नोट: अधिकतम बुलबुला व्यास केशिका लंबाई से Equation 1 अनुमान लगाया जा सकता है, डी सी (, जहां [ सतह तनाव है (N$m-1), ] तरल चरण और हवा का घनत्व अंतर है (kg$m-3), और छ गुरुत्वाकर्षण त्वरण है (म2स-1))। अधिकतम बबल वॉल्यूम (Vअधिकतम) का अनुमान $dc3/6 के रूप में लगाया जा सकता है.
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।
  3. उल्टे स्टेनलेस स्टील सुई प्लेस, तनावमापी के एक ही विक्रेता से प्राप्त, वितरण डिवाइस की नोक पर.
    नोट: यह आसान है और अधिक सटीक उपयोगकर्ताओं के लिए वांछित मात्रा का उत्पादन करने के लिए, और फिर, सतह के लिए मात्रा और क्षेत्र क्षोभ के लिए, क्योंकि एक स्वचालित मशीन की तुलना में सिफारिश की है। डिस्पेंसर के सबसे छोटे खंड चरण को सटीक क्षेत्र क्षोभ उत्पन्न करने के लिए 0ण्2-0.5 डिग्री सेल्सियस से कम होने की सिफारिश की जाती है। प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।
  4. तनाव माप के लिए तरल नमूने की मात्रा का निर्धारण इस तरह है कि तरल नमूना की गहराई काफी लंबे समय तक है वितरण सुई के पूरे उल्टे भाग जलमग्न है, और के बीच तरल नमूने का एक अतिरिक्त $ 20 मिमी गहराई है उलटा सुई टिप और तरल नमूना सतह।
  5. क्वार्ट्ज सेल में एक तरल नमूना लोड और नमूना मंच के शीर्ष पर सेल जगह है। हमारे उदाहरण में, द्रव प्रतिदर्श आयतन 40 एमएल था।
  6. उल्टे सुई की ऊँचाई को इस प्रकार समायोजित करें कि सुई की नोक द्रव नमूने की सतह से कम से कम 20 उउ है।
  7. उल्टे सुई की स्थिति को इस प्रकार समायोजित करें कि सुई टिप की सीमा द्रव-वायु सतह के समांतर हो।
  8. उन अशुद्धियों को दूर करने के लिए जो संभवतः सिरिंज की नोक पर मौजूद हो सकता है, जलमग्न उल्टे सुई के माध्यम से हवा के 1 एमएल इंजेक्शन। इस प्रक्रिया का उपयोग वायु/तरल अंतराफलक की सतह रासायनिक शुद्धता में सुधार करने के लिए किया जाता है।
  9. निम्नानुसार वर्णित प्रक्रिया के साथ अधिकतम बबल वॉल्यूम (Vअधिकतम) का अनुमान लगाएं। सबसे पहले, सिरिंज की नोक पर एक बुलबुला बनाने के लिए हवा के $ 2 डिग्री एल वितरित करें और बुलबुला आकार का निरीक्षण करें। फिर, $0.5 $L द्वारा बुलबुला मात्रा में वृद्धि और बुलबुला आकार का निरीक्षण करें। सुई टिप से बुलबुला detaches जब तक दो पिछले कदम दोहराएँ. यह चरण Vअधिकतमनिर्दिष्ट करता है।
  10. अवलोकन के पिछले सेट के आधार पर, बबल वॉल्यूम की उपयुक्त श्रेणी निर्धारित करें।
    नोट: बुलबुला आकार गैर गोलाकार होना चाहिए, गुरुत्वाकर्षण से काफी विकृत, axismetric ड्रॉप आकार विश्लेषण एल्गोरिथ्म का सही उपयोग की अनुमति देने के लिए, और बुलबुला मात्रा से बुलबुला टुकड़ी से बचने के लिए वीअधिकतम से काफी छोटा होना चाहिए सुई टिप. 0.84 मिमी के आंतरिक व्यास के साथ सिरिंज टिप के लिए, पसंदीदा प्रारंभिक बुलबुला मात्रा के बारे में है 4 डिग्री सेल्सियस.
  11. पिछले चरण से निर्धारित बबल वॉल्यूम श्रेणी के आधार पर प्रारंभिक बबल वॉल्यूम निर्धारित करें. प्रारंभिक बुलबुला मात्रा बुलबुला मात्रा रेंज के बीच के करीब होना चाहिए ताकि मात्रा, और क्षेत्र, क्षोभ रेंज के अंदर बुलबुले का उत्पादन.
  12. उल्टे सिरिंज टिप की नोक पर एक बुलबुला बनाने के लिए पिछले चरण से पूर्व निर्धारित प्रारंभिक बुलबुला मात्रा का वितरण करें। सुनिश्चित करें कि बुलबुला हाइड्रोस्टैटिक संतुलन में है, जिसका अर्थ है कि सतह तनाव गुरुत्वाकर्षण (बूयता) बलों को संतुलित करता है।
    नोट: यह सिरिंज सुई के अंदर सर्फैक्टेंट समाधान की उपस्थिति को रोकने के लिए सुई टिप परिधि के बाहर टिकी बुलबुला करने के लिए महत्वपूर्ण है। यदि बुलबुला सुई टिप के अंदर टिकी हुई है, तो सुई टिप को शुद्ध करने के लिए चरण 3.8 दोहराएँ।
  13. सुई टिप हर 1 s, या किसी अन्य पूर्व निर्धारित समय अंतराल की नोक पर उत्पादित हवा बुलबुला के आकार के आधार पर गतिशील सतह तनाव को मापने। सतह तनाव की गणना के लिए अनुशंसित संख्यात्मक एल्गोरिथ्म एक है जो लए समीकरण11,12की अक्षमितीय पात आकृति विश्लेषण विधि पर आधारित है .
  14. गणना की आकृति के साथ बुलबुला की वास्तविक आकार की तुलना करें। यदि दो आकृतियों को पूरी तरह से अधिव्यापित करते हैं, या लगभग, एक यह अनुमान लगाता है कि संतुलन एलई समीकरण प्रत्येक गतिशील और धीरे-धीरे-परिवर्तनशील आकृति के लिए मान्य है। यह अनुमान पूरी तरह से मान्य है जब बुलबुला आगे बढ़ना बंद हो जाता है, और अनुसूचित जनजाति बदल बंद हो जाता है, hydrostatic संतुलन है.
    नोट: मापदंड है कि सतह तनाव मूल्य इंटरफ़ेस भर में एक समान है और कि hydrodynamic प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं हैं कि इष्टतम अनुमानित सतह तनाव मूल्यों के आधार पर परिकलित बुलबुला इंटरफ़ेस आकार के साथ नेत्रहीन ओवरलैप वास्तविक बुलबुला इंटरफ़ेस आकार. अधिक मात्रात्मक परीक्षण संभव हैं, लेकिन इस लेख में विचार नहीं किया जाएगा.
  15. पहले स्थिर राज्य सतह तनाव (SST 1) हासिल कीहै जब तक समय के एक समारोह के रूप में सतह तनाव को मापने. SST को एक पठार मान के रूप में परिभाषित किया गया है जिसके बाद सतह तनाव 1 mN $m-1 से कम (या 5% से कम) से बदलता है कई में (10 करने के लिए 100) लगातार गतिशील सतह तनाव माप.
  16. बुलबुला मात्रा (ट1) और सतह क्षेत्र (ए1) को रिकॉर्ड करें .
  17. वायु का $1 $L निकाल कर बबल वॉल्यूम घटाएँ, और नया बबल वॉल्यूम, V2 और क्षेत्र, A2 को रिकॉर्ड करें (चित्र 1देखें).
  18. DST और क्षेत्रों को मापने जारी रखें जब तक DST दूसरे SST (SST2) V2के बबल वॉल्यूम पर पहुँच जाता है।
  19. वायु के $1 र्ल् का इंजेक्शन लगाकर बबल की मात्रा का विस्तार करें ताकि ट3 र् ट1 और ए 3 े े े े ेे े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े े
    नोट: V3 और A3 होने के ठीक बराबर V1 और A1 आवश्यक नहीं है।
  20. एक तीसरी SST (SST3) तक पहुँच गया है जब तक कि DST मान का मापन जारी रखें। यदि तीन एसएसटी मान एक-दूसरे से 1.0 mN$m-1से कम या 5% से भिन्न हैं, तो उनका औसत संतुलन सतह तनाव (ईएसटी) के रूप में परिभाषित किया जाता है।
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।

4. कताई बुलबुला विधि (एसबीएम) के साथ सतह tensiometry

  1. विक्रेता के उपयोगकर्ता पुस्तिका के अनुसार दसियोंiometer की छवि-प्राप्त डिवाइस कैलिब्रेट करें।
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।
  2. नमूना धारक के कांच ट्यूब भरें, माप के लिए कताई टेन्सीमीटर के साथ संगत, एक तरल नमूना के साथ और ढक्कन बंद करें। कांच की नली के अंदर कोई हवा के बुलबुले मौजूद नहीं होने चाहिए।
    नोट: यह नमूना धारक और ग्लास ट्यूब, जो साधन विक्रेता द्वारा प्रदान की जाती हैं या टेन्सीमीटर के साथ संगत कर रहे हैं, इस्तेमाल किया जा सिफारिश की है.
  3. कताई टेन्सीमीटर की कताई कक्ष के अंदर भरा नमूना धारक रखें.
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।
  4. $ 500 आरपीएम की कम दर पर ट्यूब स्पिन ऊपर की ओर पलायन से इंजेक्शन बुलबुला को रोकने के लिए और /
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।
  5. सिरिंज में वायु का $2.0 डिग्री सेल्सियस लोड करें।
    नोट: प्रोटोकॉल यहाँ रोका जा सकता है।
  6. कताई ट्यूब के शीर्ष सील बहुलक पट के माध्यम से सिरिंज सुई भेदी डालें।
  7. कताई ट्यूब में $2.0 $L की एक हवा बुलबुला इंजेक्शन.
    नोट: बुलबुला मात्रा आमतौर पर स्थिर रहता है, जब तक बुलबुला टूट जाता है. यदि बुलबुला टूट जाता है, तो प्रक्रिया को फिर से शुरू करना बेहतर है।
  8. नमूना धारक की घूर्णन आवृत्ति को 1तक बढ़ाएं ताकि कांच की नली के अंदर का बबल विकृत हो जाए कि क्षैतिज बबल लंबाई (एल) का अनुपात और बबल के मध्य की त्रिज्या (आर) 8 या अधिक.
    नोट: यदि, उपलब्ध साधन के साथ, नमूना ट्यूब पर्याप्त बुलबुला विरूपण की अनुमति देने के लिए एक पर्याप्त उच्च रोटेशन आवृत्ति पर काता नहीं किया जा सकता है और एक एल/आर अनुपात 8 या अधिक से अधिक है, सामान्य LY समीकरण DST की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता मान.
  9. ट्यूब युक्त मापने कक्ष के झुकाव कोण समायोजित करें, यदि आवश्यक हो, नमूना ट्यूब क्षैतिज स्थिति के लिए, बुलबुला आंदोलन को रोकने के लिए, और gyrostatic संतुलन प्राप्त करने में मदद करने के लिए (एक घूर्णन तरल पदार्थ में hydrostatic संतुलन) के लिए एक अक्षमितीय आकृति का उपयोग किए गए LY समीकरण और एल्गोरिथ्म में ग्रहण किया गया.
    नोट: Gyrostatic संतुलन बुलबुले घूर्णन के लिए परिभाषित किया गया है, गैर घूर्णन बुलबुले के hydrostatic संतुलन के अनुरूप है, जब बुलबुला नहीं चल रहा है.
  10. पूर्व निर्धारित समय अंतराल पर DST मानों को मापें. सामान्य मान 1 s है।
  11. DST को किसी निश्चित रोटेशन आवृत्ति पर मापना जारी रखें, $1,जब तक कि यह स्थिर-स्थिति मान (SST1) तक नहीं पहुँच जाता और SST1 और घुमाव आवृत्ति 1 (चित्र 2देखें) रिकॉर्ड करें.
  12. बुलबुला मात्रा, वी1 और क्षेत्र, एक1रिकॉर्ड.
  13. एक दूसरी रोटेशन आवृत्ति के लिए रोटेशन आवृत्ति को बदलने, 2,सतह क्षेत्र भिन्न करने के लिए।
  14. DST को किसी निश्चित घुमाव आवृत्ति पर मापना जारी रखें, $2, जब तक कि यह दूसरे स्थिर-स्थिति मान (SST2) तक न पहुँच जाए और घुमाव आवृत्ति ]2.
  15. बुलबुला मात्रा, वी2 और क्षेत्र, एक2रिकॉर्ड.
    नोट: V2 बहुत वी1के करीब होना चाहिए.
  16. रोटेशन आवृत्ति को $3में बदलें.
    नोट: होने $3 बिल्कुल बराबर $1 आवश्यक नहीं है।
  17. DST मान ों को एक निश्चित घुमाव आवृत्ति पर मापें, $3,जब तक तृतीय स्थिर-स्थिति मान, SST3,तक पहुँच जाता है.
  18. रिकॉर्ड 3और A3|
  19. 4.19. जब तीन SST मान एक-दूसरे से कम 1.0 mN$m-1 (या 5% से कम) से भिन्न होते हैं, तो उनका औसत "EST" माना जाता है.

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Representative Results

ईबीएम के साथ जलीय ट्राइटन एक्स-100 विलयन का गतिक सतह तनाव और संतुलन सतह तनाव
हवा के खिलाफ Triton X-100 समाधान के SST मूल्यों मापा गया था, और उनकी स्थिरता के लिए परीक्षण किया गया था 5 m जलीय समाधान; पानी में इस सर्फेक्टेंट के लिए सीएमसी 0.23 एम एम14है । एसटी1, 31.5 ] 0.1 एमएन-1, बुलबुला बनने के बाद लगभग 20 s प्राप्त किया गया था (चित्र 3) . लगभग 25 े के बाद, पृष्ठीय क्षेत्र एसे 1 र् 11ण्4 उउ2 से ए2 तक 9ण्0 उउ2 बबल आयतन को ट1 से 3ण्8 र्त्ल से ट2 र् 2.8 े. डीएसटी पहले 31 mN $m-1करने के लिए गिरा दिया , और 1 s के भीतर, यह 31.5 के SST2 करने के लिए वृद्धि हुई - 0.1 mN $m-1. लगभग 50 े के बाद, पृष्ठी क्षेत्र का विस्तार अचानक ए2 र् 9ण्0 उउ2 से ए3 े 11ण्4 उउ2 तक बबल आयतन को 2ण्8ल् (ट2) से बढ़ाकर 3.8 डिग्री सेल्सियस (ट) कर दिया गया। 3) DST मान थोड़ा बदल गया है और इसलिए, SST3 3 31.5 होने के लिए निर्धारित किया गया था - 0.1 mN $m-1. तीन SST मान के बारे में एक ही थे. इसलिए, EST 31.5 होने के लिए निर्धारित किया गया था [ 0.1 mN]m-1.

एसबीएम के साथ जलीय ट्राइटन एक्स-100 विलयन का गतिक सतह तनाव और संतुलन सतह तनाव
9,000 आरपीएम पर, एसएसटी1, 30.9 - 0.1 mN $m-1, उसी Triton X-100 समाधान के रूप में है कि ऊपर वर्णित के बारे में 500 s तक पहुँच गया था के बाद बुलबुला इंजेक्शन था (चित्र 4) . तब पृष्ठक्षेत्र अचानक घूर्णन आवृत्ति को 1 से9,000उ०द 2 ़ 8,500 उ०सेप में परिवर्तित करके कम कर दिया गया था। फिर, डीएसटी को घटाकर 27.5एमएन -1 कर दिया गया और फिर 1 एस के भीतर 30.6 एमएन-1हो गया। इसलिए, एसएसटी2 30.6 था - 0.1 mN $m-1. $630 s के बाद, पृष्ठक्षेत्र का विस्तार घूर्णन आवृत्ति को 2 से 8,500 तर्म से बढ़ाकर 3र् 9,000 से कर दिया गया। डीएसटी $34 mN $m-1के लिए कूद गया, और फिर यह तेजी से 30.8 की एक स्थिर राज्य मूल्य के लिए कमी आई - 0.1 mN $m-1, SST3. इसलिए, ईएसटी का निर्धारण 30.8 के रूप में किया गया था - 0.2 mN$m-1. दो विधियों से EST मूल्यों में 2.2% अंतर शायद कुछ व्यवस्थित त्रुटि के कारण है; इन त्रुटियों की चर्चा वर्तमान कागज के दायरे से बाहर है.

Figure 1
चित्र 1 . DST, स्थिर-स्थिति सतह तनाव मान (SST1,SST2,और SST3) का Schematic आरेख , और EBM के साथ EST. वी 1 प्रारंभिक बुलबुला मात्रा है, और वी2 और वी3 पहले और दूसरे खंड के बाद बुलबुला मात्रा, और क्षेत्र, क्षोभ, क्रमशः कर रहे हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2 . DST, स्थिर-स्थिति सतह तनाव मान (SST1,SST2,और SST3) का Schematic आरेख , और EST SBM के साथ. यहाँ, क्षेत्रक्षोभ से पूर्व घूर्णन आवृत्तिहै, और र्2 और र्3 क्रमशः प्रथम तथा द्वितीय आवृत्ति तथा क्षेत्र, क्षोभ के बाद घूर्णन आवृत्तियों की होती है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3 . ईबीएम के साथ हवा के खिलाफ DI पानी (5 एमएम) में मॉडल सर्फैक्टेंट के डीएसटी। इस आंकड़े में, V1 प्रारंभिक बुलबुला मात्रा है, और V2 और V3 पहले और दूसरे खंड के बाद बुलबुला मात्रा हैं, और क्षेत्र, क्षोभ, क्रमशः. प्रत्येक क्षोभ से पहले, DST मान एक पठार मान, जो SST के रूप में परिभाषित किया गया है तक पहुँच गया। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र 4 . एसबीएम के साथ मूल्यांकन की गई हवा के खिलाफ डी आई वाटर (5 एमएम) में मॉडल सर्फैक्टेंट का डीएसटी। इस चित्र में, 1क्षेत्र क्षोभ से पूर्व घूर्णन आवृत्तिहै, और र्2 और र्3 क्रमशः प्रथम और दूसरी आवृत्ति के बाद घूर्णन आवृत्तियों, और क्षेत्र, क्षोभ हैं। EBM विधि के समान, प्रत्येक क्षोभ से पहले, DST मान एक पठार मान, जो SST के रूप में परिभाषित किया गया है तक पहुँच गया। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

ईबीएम और एसबीएम वायुमंडलीय दाब पर वायु/जल अथवा तेल/जल अंतराफलकों के लिए तनाव मूल्यों का निर्धारण करने के सरल और सुदृढ़ तरीके हैं। इन विधियों के लिए पूर्वावश्यक ताक प्रत्येक चरण का घनत्वहै, और तनाव मान9 का निर्धारण करने के लिए कोई संपर्क कोण जानकारी आवश्यक नहीं है। तकनीक ों की एक प्रमुख सीमा यह है कि नमूनों में एक कम चिपचिपापन होना चाहिए, और एकल चरण या सर्फैक्टेंट घुलनशीलता से नीचे होना चाहिए। दो प्रोटोकॉल, EBM और SBM, उन्हें समय के एक समारोह के रूप में निगरानी करने के लिए DST मान को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। SST मान तक पहुँच गया है, जब SST मान की स्थिरता क्षेत्र क्षोभ लागू करने के बाद DST को मापने के द्वारा परीक्षण किया है। फिर, अस्थिर या मेटास्टेबल एसएसटीमानों को 5, और विश्वसनीय EST मानों को निर्धारित किया जा सकता है।

ईबीएम प्रोटोकॉल के महत्वपूर्ण कदम हैं (i) सिरिंज सुई टिप (चरण 3.8) और (ii) प्रत्येक क्षेत्र क्षोभ की उचित सीमा का विकल्प से अशुद्धियों को हटाना। सिरिंज सुई टिप सतह सक्रिय अशुद्धियों में शामिल हैं, तो मापा DST मान एक शुद्ध टिप के साथ लोगों की तुलना में महत्वपूर्ण त्रुटियाँ हो सकती है। सिरिंज टिप पर हवा के बुलबुले की एक श्रृंखला बनाने और अलग करके, सतह सक्रिय अशुद्धियों को हवा के बुलबुले के साथ हटाया जा सकता है। इसके अलावा, अगर EST मूल्यों बुलबुला से बुलबुला करने के लिए काफी भिन्न पाया गया है, यह एक नया तरल नमूना के साथ और ठीक से धोया तरल नमूना कंटेनर और सिरिंज सुइयों के साथ प्रयोग शुरू करने के लिए सिफारिश की है. तरल कंटेनर ों के लिए धोने की प्रक्रिया चरण 2.2 में वर्णित है और एक ही प्रक्रिया का इस्तेमाल किया जा सकता है, यदि आवश्यक हो, सिरिंज सुइयों को धोने के लिए। इसके अलावा, अगर सतह क्षेत्र इतना संकुचित किया गया है कि हवा के बुलबुले का आकार एक गोलाकार आकार के करीब हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप DST मूल्यों उपलब्ध सॉफ्टवेयर के साथ सटीक समाधान प्राप्त करने में कठिनाइयों के कारण महत्वपूर्ण त्रुटियों हो सकता है. ऐसे मामलों में, क्षेत्र संपीड़न की सीमा छोटी होना चाहिए, या प्रारंभिक बुलबुला मात्रा, सतह क्षेत्र संपीड़न से पहले, बड़ा होना चाहिए.

एसबीएम प्रोटोकॉल के महत्वपूर्ण कदम हैं (i) वायु बुलबुले की किसी भी घुसपैठ के बिना एक हवा के बुलबुले इंजेक्शन और (ii) किसी भी ठोस सतहों (जैसे, नमूना ट्यूब के भीतर की दीवार या पट) से संपर्क करने से इंजेक्शन हवा के बुलबुले को रोकने, इस तरह है कि gyrostatic संतुलन प्रत्येक माप भर में बनाए रखा जा सकता है. यदि एकाधिक हवा बुलबुले इंजेक्शन या कताई नमूना ग्लास ट्यूब में गठन कर रहे हैं, और अगर उन बुलबुला एक दूसरे के करीब निकटता में हैं, तो जिसके परिणामस्वरूप डीएसटी मूल्यों हवा बुलबुले के बीच hydrodynamic बातचीत के कारण महत्वपूर्ण त्रुटियों हो सकता है. ऐसे मामलों में, यह surfactant समाधान लोड हो रहा है कदम (चरण 4.2) से प्रयोग फिर से शुरू करने के लिए सिफारिश की है. इसके अलावा, आदेश में एक माप भर gyrostatic संतुलन बनाए रखने के लिए, यह अत्यधिक कताई हवा बुलबुला के स्थान की निगरानी रखने के लिए सिफारिश की है. या तो छोड़ दिया है या सही दिशा में कताई बुलबुला के किसी भी बहती कताई नमूना धारक के झुकाव कोण को नियंत्रित करके कम से कम किया जा सकता है.

एक ही tensiometer EBM प्रोटोकॉल के लिए इस्तेमाल किया भी एक लटकन ड्रॉप विधि विन्यास जहां surfactant समाधान सिरिंज टिप के अंत में खड़ी निलंबित कर दिया है के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. लटकन ड्रॉप विधि एक नुकसान है, लंबे समय की आवश्यकता प्रयोगों के लिए EBM के सापेक्ष (के बारे में 1 एच से अधिक), के रूप में ड्रॉप मात्रा विलायक वाष्पीकरण के कारण कम हो सकती है. लटकन ड्रॉप विधि पसंद किया जा सकता है, हालांकि, उपलब्ध तरल नमूना मात्रा EBM के लिए आवश्यक न्यूनतम मात्रा से छोटा है, जब. SBM विधि लटकन ड्रॉप विधि पर कुछ फायदे हैं, डु नोज़ी अंगूठी विधि, या Wilhelmy प्लेट विधि क्योंकि नमूना माप भर में एक सील ट्यूब में है, जिससे किसी भी विलायक वाष्पीकरण के कारण त्रुटियों को नष्ट करने. इसके अलावा, के रूप में परिचय अनुभाग में वर्णित, interfacial तनाव (IFTs) दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ के बीच, जैसे तेल और बढ़ाया तेल वसूली अनुप्रयोगों के लिए पानी के रूप में5,15 या हाइड्रोकार्बन और fluorocarbon अग्निशमन के लिए तरल पदार्थ16, एक ही tensiometers के साथ और एक ही प्रोटोकॉल के साथ निर्धारित किया जा सकता है.

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Disclosures

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

लेखक वित्तीय सहायता के लिए पायनियर तेल कंपनी (Vincennes, में) के आभारी हैं.

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

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References

  1. Shah, D. O., Schechter, R. S. Improved oil recovery by surfactant and polymer flooding. , Academic Press Inc. New York. (1977).
  2. Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. Principles of Colloid and Surface Chemistry. , Marcel Dekker, Inc. New York. (1997).
  3. Adamson, S. W. Physical Chemistry of Surfaces. , Wiley. New York. (1990).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Miller, R., Lunkenheimer, K. On the determination of equilibrium surface tension values of surfactant solutions. Colloid & Polymer Science. 261 (7), 585-590 (1983).
  7. Miller, R., Lunkenheimer, K. Adsorption kinetics measurements of some nonionic surfactants. Colloid & Polymer Science. 264 (4), 357-361 (1986).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Vonnegut, B. Rotating bubble method for the determination of surface and interfacial tensions. Review of Scientific Instruments. 13 (1), 6-9 (1942).
  14. Lin, S. -Y., Mckeigue, K., Maldarelli, C. Diffusion-controlled Surfactant Adsorption Studied by Pendant Drop Digitization. AIChE Journal. 36 (12), 1785-1795 (1990).
  15. Sheng, J. J. Modern chemical enhanced oil recovery: theory and practice. Gulf Professional Publishing. , (2010).
  16. 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).

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इंजीनियरिंग अंक 150 गतिशील सतह तनाव संतुलन सतह तनाव सतह तनाव छूट क्षेत्र क्षोभ परीक्षण उभरते बुलबुला विधि (EBM) कताई बुलबुला विधि (एसबीएम)
क्षेत्र क्षोभ परीक्षण के साथ संतुलन सतह तनाव मूल्यों का सटीक निर्धारण
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Chung, J., Boudouris, B. W.,… More

Chung, J., Boudouris, B. W., Franses, E. I. Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests. J. Vis. Exp. (150), e59818, doi:10.3791/59818 (2019).

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