Determinación precisa de los valores de tensión superficial de equilibrio con pruebas de perturbación de área

Estos protocolos se pueden incorporar en protocolos de medición de tensión. Por ejemplo, se pueden utilizar para medir la tensión interfacial de equilibrio entre las fases de agua y aceite. Cada uno de los dos protocolos de este vídeo se puede utilizar para obtener valores de tensión superficial de equilibrio robustos y fiables.

Estos valores se pueden establecer después de probar su estabilidad contra perturbaciones de área. Para comenzar, prepare el tensiómetro y la muestra como se describe en el protocolo de texto. A continuación, seleccione una aguja de acero inoxidable invertida basada en los valores de tensión superficial estimados y colóquela en la punta del dispositivo dispensador.

A continuación, cargue 40 mililitros de muestra líquida en una célula de cuarzo. Coloque la celda encima de la plataforma de muestra. Ajuste la altura de la aguja invertida de manera que la punta de la aguja esté al menos 20 milímetros por debajo de la superficie de la muestra líquida.

Inyecte un mililitro de aire a través de la aguja invertida sumergida para eliminar las impurezas que podrían estar presentes en la punta de la jeringa y para mejorar la pureza química superficial de la interfaz aire/líquido. A continuación, determine experimentalmente el volumen inicial de la burbuja. Dispensar el volumen de burbuja inicial calculado para formar una burbuja en la punta de la jeringa invertida.

Asegúrese de que la burbuja está en equilibrio hidrostático de tal manera que la burbuja no se mueva. Mida la tensión superficial dinámica en función de la forma de la burbuja de aire producida en la punta de la aguja. Cada segundo, calcule la tensión superficial basándose en el método de análisis de forma de gota axisymmetric de la ecuación Laplace-Young.

Compare la forma real de la burbuja con una forma calculada. Si las dos formas se superponen, entonces la ecuación de equilibrio Laplace-Young es válida. Esta inferencia es completamente válida cuando la burbuja deja de moverse y la tensión superficial deja de cambiar.

Mida la tensión superficial en función del tiempo hasta que se logre la primera tensión superficial en estado estacionario. La tensión superficial de estado estacionario se define como un plano de valor más allá del cual la tensión superficial cambia en menos de un milinewton por metro o por menos del 5% en varias mediciones de tensión superficial dinámica consecutivas. Cuando se logra una tensión superficial de estado estacionario, registre el volumen de la burbuja y el área de la superficie.

A continuación, disminuya el volumen de la burbuja eliminando un microlitro de aire y registre el nuevo volumen y área de la burbuja. Continúe midiendo la tensión superficial dinámica en las áreas hasta que la tensión superficial dinámica alcance la segunda tensión superficial de estado estacionario. A continuación, expanda el volumen de la burbuja inyectando un microlitro de aire para que el volumen y el área sean similares a los valores iniciales.

Continúe midiendo los valores dinámicos de tensión superficial hasta que se alcance una tercera tensión superficial de estado estacionario. Si los tres valores de tensión superficial de estado estacionario difieren entre sí por menos de un milinewton por metro, o por menos del 5%, entonces definimos su promedio como la tensión superficial de equilibrio. Coloque un portacuchillas lleno dentro de la cámara giratoria del tensiómetro giratorio y luego gire el tubo a 500 RPM.

Esto debe evitar que la burbuja inyectada migre hacia arriba o se adhieran a la pared del tubo. A continuación, cargue dos microlitros de aire en la jeringa. Inserte la aguja de la jeringa a través del tabique de goma, que sella el tubo giratorio e inyecte una burbuja de aire de dos microlitros en el tubo giratorio.

Aumente la frecuencia de rotación del tubo de muestra para que la burbuja se acerque más al eje de rotación y se deforme más debido al aumento de las fuerzas centrífugas. Continúe aceler hasta que la relación entre la longitud de la burbuja horizontal y su radio en el centro de la burbuja sea ocho o mayor. A continuación, ajuste el ángulo de inclinación de la cámara de medición para colocar el tubo de muestra horizontalmente.

Esto evitará el movimiento de la burbuja y ayudará a lograr el equilibrio girostático para una forma axisymmétrica asumida en la ecuación y algoritmo Laplace-Young utilizado. Ahora, mida y registre los valores dinámicos de tensión superficial en intervalos de un segundo. Continúe con una frecuencia de rotación fija hasta que la tensión superficial alcance un valor de estado estable.

Además, registre el volumen y el área de la burbuja. Una vez registrada, modifique la frecuencia de rotación a una segunda frecuencia de rotación para variar el área de superficie. Mida la tensión de superficie dinámica a una frecuencia de rotación fija una vez que alcance un segundo valor de estado estacionario en la nueva frecuencia.

En este punto, también registre el nuevo volumen y área de burbuja. A continuación, cambie la frecuencia de rotación para que esté cerca del valor original. Mida los valores de tensión de superficie dinámica en esta frecuencia de rotación fija hasta que se alcance el tercer valor de estado estacionario.

Una vez más, registre el nuevo volumen y área de la burbuja. Utilizando el método de burbuja emergente, los valores de tensión superficial de estado estacionario de una solución de cinco mililitros de Triton X-100 se midieron contra el aire. Esta concentración está por encima de la concentración crítica de micelas para este surfactante en agua.

La tensión superficial de estado estacionario de 31,5 milinewtons por metro se obtuvo aproximadamente 20 segundos después de la forma de la burbuja. Después de unos 25 segundos, el volumen y el área de la burbuja se redujeron y la tensión superficial dinámica bajó a 31 y en un segundo y aumentó de nuevo a 31,5, marcando la tensión superficial de estado estacionario número dos. Después de unos 50 segundos, el volumen y el área de la burbuja se incrementaron abruptamente y el valor de tensión superficial dinámica cambió poco, y por lo tanto, la tensión de la superficie de estado estacionario número tres se determinó que era de 31,5 mililitros por metro, también.

Los tres valores SST eran todos iguales, por lo tanto, se determinó que la tensión superficial de equilibrio era de 31,5 minewtones por metro. Usando el método de burbuja giratoria, se encontró que la tensión superficial de estado estacionario uno era de 30,9 minewtones por metro, la tensión superficial de estado estacionario dos fue 30,6, y la tensión superficial de estado estacionario tres y la tensión superficial de equilibrio se encontró que era 30,8. Los dos métodos tenían una diferencia del 2,2% en los valores de tensión superficial de equilibrio al medir cinco mililitros Tritón X-100.

Esto probablemente se debió a ciertos errores sistemáticos. Lo más importante a recordar para el método de burbuja emergente es mantener condiciones cercanas a los equilibrios hidrostáticos. Para el método de burbuja giratoria, asegúrese de aplicar la ecuación correcta.

Los métodos descritos en este vídeo también se pueden aplicar para determinar los valores de tensión interfacial de equilibrio entre las fases de agua y aceite. Estos métodos proporcionan una forma más fiable de calcular cuánto absorbe un tensioactivo cuando está en equilibrio en la interfaz aire-agua. También se puede utilizar para determinar la extensión de la agregación de surfactantes en la solución llamada micelación.