丙二醇溶液的粘度

粘度是流体流动阻力的量度，它是各行各业高效产品加工和质量控制设计中的有用参数。粘度描述了移动流体的内摩擦。高粘度的流体会抵抗流动，而低粘度的流体更容易流动。玻璃管粘度计通常用于测定粘度，粘度测量流体流过毛细管所需的时间。旋转粘度计（例如具有平行板几何形状的粘度计）施加剪切力并测量旋转流体所需的扭矩。本视频说明了粘度的原理，演示了如何使用粘度计测定丙二醇溶液的未知浓度，并讨论了一些工业应用。

首先，让我们回顾一下粘度的原理。流体的动态粘度描述了每单位表面积的力，称为剪切应力，在这种情况体平行于平面移动所需的力。与底板紧密接触的流体保持静止，接触顶板的流体与底板的速度相同。这个速度梯度是由于流体层之间的内部摩擦造成的，称为剪切变形率。动态粘度定义为剪切应力除以剪切变形速率。粘度会受到温度、流体密度和成分的影响。然而，压力变化的影响可以忽略不计。一旦知道了动态粘度，运动粘度就是动态粘度与流体密度的比值。这是流体因重力而对流动阻力的量度。有几种仪器通过实验测量运动粘度，例如 Canon-Fenske 粘度计。该装置由一个带有翅片的大型温控水浴组成，以保持恒定的热平衡。根据流体的大致粘度，使用不同尺寸的毛细管。使用这种装置，液体被倒入管中并吸过蚀刻标记。然后，测量流体通过毛细管返回所需的时间，称为外排时间。然后将外排时间乘以粘度计校准常数，该常数特定于用于给出运动粘度的毛细管玻璃。现在您已经了解了粘度的基本原理，让我们测量已知丙二醇溶液的运动粘度，以确定未知样品的浓度。

用不同浓度的丙二醇和水制备 7 种校准溶液，开始实验。用浓度标记所有溶液。获取未知浓度的样品，并将其放在一边。使用前检查所有液体样品是否有棉绒、灰尘或固体颗粒，如有必要，通过居中的玻璃过滤器过滤样品。接下来，用水清洁粘度计并用过滤空气干燥。请记住为粘度计使用合适尺寸的玻璃毛细管，这取决于待测溶液的大致粘度。

现在，将样品倒入粘度计中，然后将臂擦干净。接下来，将粘度计放入支架中并将其插入恒温槽中。等待 10 到 15 分钟，让样品平衡至浴槽温度。然后对臂施加吸力，并将样品吸入试管中。现在拿一个秒表，测量样品在离开标记的终点后自由流过毛细管所需的时间。这是你的外排时间。对每个样品重复该过程。现在，已经测量了所有的粘度，让我们看看结果并确定未知样品的浓度。

要求未知样品的浓度，请使用已知样品的数据并插值未知溶液的粘度。首先，通过将测量时间乘以粘度计常数来确定运动粘度。然后，通过乘以质量密度将运动粘度转换为动态粘度。接下来，将运动粘度绘制为已知样品摩尔浓度的函数。该图显示，粘度随着丙二醇浓度的增加而增加。确定运动粘度和丙烯浓度之间的线性关系。然后，使用测得的粘度对未知样品的浓度进行插值。在本实验中，未知样品含有 45 mol% 的丙二醇。现在您已经了解了如何使用粘度来确定浓度，让我们来看看粘度在工业环境中的许多应用。

测试粘度在许多工业领域都很重要，从炼油厂和太阳能电池生产到生物医学应用和研究。在石化工业中，粘度的精确测量是重中之重，因为它不仅用于确定原油成分，还用于评估石化产品的质量控制。粘度从原油到液态碳氢化合物不等，必须考虑其高效提取、处理和炼油厂作条件。对于涉及复杂流体的应用（例如太阳能电池金属化中使用的流体），高浓度悬浮液的流变学表征也是必不可少的。必须仔细调整导电浆料的流动特性，以确保加工不受干扰、无缺陷，并防止沉淀和颗粒聚集。在医学上，微流变技术是研究红细胞变形性和检测影响血液粘度的血液疾病（如镰状细胞性贫血）的诊断工具。利用具有可调剪切速率和图像处理的微流体的方案用于定量确定微循环中的红细胞聚集。这些方案还用于表征人体组织，例如脑物质，以更好地了解结构和设计生物启发材料。

您刚刚观看了 JOVE 的粘度简介。您现在应该了解粘度的基本原理，能够作粘度计，并了解粘度在各种应用中的重要性。感谢观看。