Name: קביעת מדויקת של ערכי מתח שיווי משקל עם מבחני שטח (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 s
Description: למדו שני פרוטוקולים לקביעת ערכי מתח שיווי משקל בשיטת בועה צומחת ובועה מסתובבת. שיטות אלו מספקות מדידות חזקות ואמינות של מתח פני השטח במערכות מכילות סורפקטנטים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים אסירי תודה לחברת הנפט החלוצית (וינסנס, IN) לתמיכה כספית.

1. מפרט מכשיר מינימלי
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>2. חומרים והכנות לדוגמה
<ol><li>להשיג מים טהורים ממנגנון טיהור מים. הסרוב של המים על 25 ° צ' על הפלט המכשיר צריך להיות 18.2 MΩ · ס"מ או קרוב.</li>
	<li>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.</li>
	<li>הכינו פתרון מעניין בכלי הזכוכית הנקיים. הערה: ריכוז החומרים צריך להיות נמוך יותר ממגבלת מסיסות במים.</li>
	<li>רוחצים כל מכולה שישמשו למדידות המתח עם פתרון המדגם שישמש למדידות בפועל לפני הטעינה לדוגמה.</li>
	<li>למדוד את צפיפויות הדגימות הנוזלי לפני מדידת המתח עד שלוש או ארבע דמויות משמעותיות. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
</ol>3. משטח ושיטת בועה מתפתחים (EBM)
<ol><li>כיול התקן רכישת התמונה של מדידת הסיביות בהתאם למדריך המשתמש של הספק. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
	<li>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, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59818/59818eq1.jpg"> 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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>טען דגימת נוזל בתא הקוורץ והציבו את התא על גבי פלטפורמת הדגימה. בדוגמה שלנו, נפח הדגימה הנוזלית היה 40 mL.</li>
	<li>להתאים את הגובה של המחט הפוכה כך קצה המחט היא לפחות 20 מ"מ מתחת לפני השטח של דגימת נוזל.</li>
	<li>התאימו את מיקום המחט ההפוכה כך שגבול קצה המחט מקביל למשטח האוויר הנוזלי.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>הקלט את עוצמת הבועה (V1) ואת פני השטח (A1)</li>
	<li>הפחת את עוצמת הקול של הבועה על-ידי הסרת ~ 1 μL של אוויר, והקלט את עוצמת הקול החדשה, V2 והאזור, A2 (ראה איור 1).</li>
	<li>המשך למדוד את שעון הקיץ ואת האזורים עד שעון הקיץ יגיע ל-SST השני (SST2) בנפח הבועה של V2.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>4. משטח עם שיטת בועה מסתובבת (SBM)
<ol><li>כיול התקן רכישת התמונה של מדידת הסיביות בהתאם למדריך המשתמש של הספק. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
	<li>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.</li>
	<li>מניחים את מחזיק המדגם המלא בתוך החדר המסתובב של הטאנמטר המסתובב. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
	<li>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.</li>
	<li>טען ~ 2.0 μL של אוויר במזרק. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
	<li>הכנס את המחט מזרק חודר דרך מחיצת פולימר איטום החלק העליון של צינור ספינינג.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>מדוד את ערכי שעון הקיץ במרווח זמן מוגדר מראש. הערך האופייני הוא 1 s.</li>
	<li>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).</li>
	<li>הקלט את עוצמת הבועה, V1 ואזור, 1.</li>
	<li>לשנות את תדירות הסיבוב לתדר סיבוב שני, ν2, כדי לשנות את פני השטח.</li>
	<li>המשך למדוד את שעון הקיץ בתדר סיבוב קבוע, ν2, עד שהוא מגיע לערך שני של מצב קבוע (sst2) ותדירות הסיבוב ν2.</li>
	<li>הקלט את עוצמת הבועה, V2 ואזור, 2. הערה: v2 צריך להיות מאוד קרוב V1.</li>
	<li>שנה את תדירות הסיבוב ל- ν3. הערה: לאחר ν3 בדיוק שווה ל- ν1 אינו חיוני.</li>
	<li>מדוד ערכי שעון קיץ בתדר סיבוב קבוע, ν3, עד הערך השלישי של מצב קבוע, sst3, מגיע.</li>
	<li>שיא ν3 ו 3.</li>
	<li>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".</li>
</ol>

<ol><li>Shah, D. O., Schechter, R. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShah%2C+DO+%22Improved+oil+recovery+by+surfactant+and+polymer+flooding%22">Improved oil recovery by surfactant and polymer flooding</a>. , Academic Press Inc. New York. (1977).</li>
<li>Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHiemenz%2C+PC+%22Principles+of+Colloid+and+Surface+Chemistry%22">Principles of Colloid and Surface Chemistry</a>. , Marcel Dekker, Inc. New York. (1997).</li>
<li>Adamson, S. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAdamson%2C+SW+%22Physical+Chemistry+of+Surfaces%22">Physical Chemistry of Surfaces</a>. , Wiley. New York. (1990).</li>
<li>Doe, P. H., El-Emary, M., Wade, W. H., Schechter, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surfactants+for+producing+low+interfacial+tensions%3A+II.+Linear+alkylbenzenesulfonates+with+additional+alkyl+substituents%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Oil+Chemists%27+Society%22%5BJournal%5D)">Surfactants for producing low interfacial tensions: II. Linear alkylbenzenesulfonates with additional alkyl substituents.</a> Journal of the American Oil Chemists' Society. 55 (5), 505-512 (1978).</li>
<li>Chung, J., Boudouris, B. W., Franses, E. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Tension+Behavior+of+Aqueous+Solutions+of+a+Propoxylated+Surfactant+and+Interfacial+Tension+Behavior+against+a+Crude+Oil%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+and+Surfaces+A%3A+Physicochemical+and+Engineering+Aspects%22%5BJournal%5D)">Surface Tension Behavior of Aqueous Solutions of a Propoxylated Surfactant and Interfacial Tension Behavior against a Crude Oil.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 537, 163-172 (2018).</li>
<li>Miller, R., Lunkenheimer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+determination+of+equilibrium+surface+tension+values+of+surfactant+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+%26+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">On the determination of equilibrium surface tension values of surfactant solutions.</a> Colloid & Polymer Science. 261 (7), 585-590 (1983).</li>
<li>Miller, R., Lunkenheimer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+kinetics+measurements+of+some+nonionic+surfactants%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+%26+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Adsorption kinetics measurements of some nonionic surfactants.</a> Colloid & Polymer Science. 264 (4), 357-361 (1986).</li>
<li>Lunkenheimer, K., Miller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Properties+of+homologous+series+of+surface-chemically+pure+surfactants+at+the+water-air+interface+Part+I%3A+Equilibrium+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Abhandlungen+der+Akademie+der+Wissenschaften+der+DDR%2C+abteilung+Mathematik%2C+Naturwissenschaften%2C+Technik%22%5BJournal%5D)">Properties of homologous series of surface-chemically pure surfactants at the water-air interface Part I: Equilibrium properties.</a> Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften der DDR, abteilung Mathematik, Naturwissenschaften, Technik. (1), 113(1986).</li>
<li>Franses, E. I., Basaran, O. A., Chang, C. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Techniques+to+measure+dynamic+surface+tension%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Colloid+%26+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Techniques to measure dynamic surface tension.</a> Current Opinion in Colloid & Interface Science. 1 (2), 296-303 (1996).</li>
<li>Hua, X. Y., Rosen, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+surface+tension+of+aqueous+surfactant+solutions+1.+basic+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Dynamic surface tension of aqueous surfactant solutions 1. basic parameters.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 124 (2), 652-659 (1988).</li>
<li>Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+surface+tension+and+contact+angle+from+the+shapes+of+axisymmetric+fluid+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+And+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces.</a> Journal of Colloid And Interface Science. 93 (1), 169-183 (1983).</li>
<li>Boyce, J. F., Schurch, S., Rotenberg, Y., Neumann, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Measurement+of+Surface+and+Interfacial+Tension+by+the+Axisymmetric+Drop+Technique%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+and+Surfaces%22%5BJournal%5D)">The Measurement of Surface and Interfacial Tension by the Axisymmetric Drop Technique.</a> Colloids and Surfaces. 9, 307-317 (1984).</li>
<li>Vonnegut, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotating+bubble+method+for+the+determination+of+surface+and+interfacial+tensions%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Rotating bubble method for the determination of surface and interfacial tensions.</a> Review of Scientific Instruments. 13 (1), 6-9 (1942).</li>
<li>Lin, S. -Y., Mckeigue, K., Maldarelli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion-controlled+Surfactant+Adsorption+Studied+by+Pendant+Drop+Digitization%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+Journal%22%5BJournal%5D)">Diffusion-controlled Surfactant Adsorption Studied by Pendant Drop Digitization.</a> AIChE Journal. 36 (12), 1785-1795 (1990).</li>
<li>Sheng, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modern+chemical+enhanced+oil+recovery%3A+theory+and+practice%5BTitle%5D)+AND+%22Gulf+Professional+Publishing%22%5BJournal%5D)">Modern chemical enhanced oil recovery: theory and practice.</a> Gulf Professional Publishing. , (2010).</li>
<li>Moody, C. A., Field, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perfluorinated+surfactants+and+the+environmental+implications+of+their+use+in+fire-fighting+foams%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Perfluorinated surfactants and the environmental implications of their use in fire-fighting foams.</a> Environmental Science and Technology. 34 (18), 3864-3870 (2000).</li>
</ol>

. למחברים אין מה לגלות

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 ערכ...

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.

<table><tbody><tr><td>10 ומיקרו; L, דגם 1701 SN SYR, NDL מלט, מד מותאם אישית, אורך, סגנון נקודה</td><td>המילטון</td><td>80008</td><td>מד: 26 שניות, אורך מחט: 2.5 אינץ ', סגנון נקודה: 2</td></tr><tr><td>אנטון פאר מד צפיפות</td><td>אנטון פאר</td><td>DMA 5000</td><td></td></tr><tr><td>מערכת טיהור מים MicroPure Barnstead Thermo</td><td>Fisher Scientific</td><td>50132374</td><td></td></tr><tr><td>טנסיומטר בועות מתעורר</td><td>Ram&eacute;-Hart Instrument Company</td><td>דגם 790</td><td></td></tr><tr><td>טנסיומטר בועות מסתובב</td><td>DataPhysics Instruments</td><td>SVT 20</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>X100</td><td></td></tr></tbody></table>

קביעת מדויקת של ערכי מתח שיווי משקל עם מבחני שטח

Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests

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.

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 v<...

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.

We demonstrate two robust protocols for determining the equilibrium surface tension (EST) values with area perturbation tests. The EST values should be ...

פרוטוקולים אלה יכולים להיות משולבים בפרוטוקולים למדידת מתח. לדוגמה, הם יכולים לשמש למדידת מתח בין-גזעי שיווי משקל בין שלבי מים ושמן. כל אחד משני הפרוטוקולים בסרטון זה יכול לשמש כדי להשיג ערכי מתח משטח שיווי משקל חזקים ואמינים.ערכים אלה ניתן ליצור לאחר בדיקת היציבות שלהם נגד הפרעה באזור. כדי להתחיל, הכן את ה Tensiometer ואת המדגם כמתואר בפרוטוקול הטקסט. לאחר מכן, בחר מחט נירוסטה הפוכה בהתבסס על ערכי מתח פני השטח המשוערים והצב אותה בקצה מכשיר ההתחלקות.לאחר מכן, לטעון 40 מיליליטר של דגימת נוזל לתוך תא קוורץ. מקם את התא מעל פלטפורמת הדגימה. להתאים את הגובה של המחט הפוכה, כך קצה המחט הוא לפחות 20 מילימטרים מתחת לפני השטח של מדגם הנוזל.להזריק מיליליטר אחד של אוויר דרך מחט הפוכה שקועה כדי להסיר זיהומים שיכולים להיות נוכחים על קצה המזרק ולשפר את הטוהר הכימי פני השטח של ממשק האוויר / נוזל. לאחר מכן, קבע באופן ניסיוני את נפח הבועה הראשוני. לוותר על נפח הבועה הראשוני המחושב כדי ליצור בועה בקצה המזרק ההפוך.ודא כי הבועה היא שיווי משקל הידרוסטטי כך הבועה לא זזה. למדוד את מתח פני השטח דינמי מבוסס על הצורה של בועת האוויר המיוצר בקצה המחט. בכל שנייה, לחשב את מתח פני השטח בהתבסס על שיטת ניתוח צורת טיפה צירית של המשוואה Laplace-Young.השווה את הצורה בפועל של הבועה לצורה מחושבת. אם שתי הצורות חופפות, משוואת שיווי המשקל לפלס-יאנג חוקית. מסקנה זו תקפה לחלוטין כאשר הבועה מפסיקה לנוע ומתח פני השטח מפסיק להשתנות.למדוד את מתח פני השטח כפונקציה של זמן עד המתח הראשון משטח מצב יציב מושגת. מתח פני השטח של המצב היציב מוגדר כמישור בעל ערך שמעבר לו מתח פני השטח משתנה בפחות ממיליטון אחד למטר או בפחות מ-5% במספר מדידות מתח פנים דינמיות רצופות. כאשר מושג מתח משטח מצב יציב, להקליט את נפח הבועה ואת שטח הפנים.לאחר מכן, להקטין את נפח הבועה על ידי הסרת microliter אחד של אוויר ולהקליט את נפח הבועה החדש ואת האזור. המשך למדוד את מתח פני השטח הדינמי באזורים עד שמתח פני השטח הדינמי יגיע למתח פני השטח היציב השני. לאחר מכן, הרחב את נפח הבועה על-ידי הזרקת מיקרוליטר אחד של אוויר כך שהנפח שהאזור דומים לערכים הראשוניים.המשך למדוד את ערכי מתח פני השטח הדינמיים עד להגטת מתח משטח מצב יציב שלישי. אם שלושת ערכי המתח של פני השטח של המצב היציב שונים זה מזה בפחות ממילניוטון אחד למטר, או בפחות מ-5%, אנו מגדירים את הממוצע שלהם כמתח משטח שיווי המשקל. מניחים מחזיק מדגם מלא בתוך התא המסתובב של tensiometer מסתובב ולאחר מכן לסובב את הצינור ב 500 סל"ד.זה אמור למנוע את הבועה מוזרק נודד כלפי מעלה או הצמדה לקיר הצינור. לאחר מכן, לטעון שני microliters של אוויר לתוך המזרק. הכנס את המחט של המזרק דרך מחיצת הגומי, אשר אוטם את הצינור מסתובב ולהזריק בועת אוויר שני microliter לתוך הצינור מסתובב.הגדל את תדירות הסיבוב של צינור המדגם כך שהבועה מתקרבת לציר הסיבוב ומעוותת יותר בגלל הכוחות הצנטריפוגליים המוגברים. המשך להאיץ אותו עד שהיחס בין אורך הבועה האופקית לרדיוס שלה באמצע הבועה יהיה שמונה או יותר. לאחר מכן התאימו את זווית ההטיה של תא המדידה כדי למקם את צינור הדגימה אופקית.פעולה זו תמנע תנועת בועות ותסייע בהשגת שיווי משקל ג'ירוסטטי עבור צורה צירית שהונחה במשוואה ובאלגוריתם Laplace-Young המשמשים. כעת, למדוד ולתקליט את ערכי מתח פני השטח הדינמיים במרווחי זמן של שנייה אחת. המשך בתדר סיבוב קבוע עד שמתח פני השטח יגיע לערך מצב יציב.כמו כן, להקליט את נפח הבועה ואת האזור. לאחר ההקלטה, שנה את תדר הסיבוב לתדר סיבוב שני כדי לשנות את שטח הפנים. מדוד את מתח פני השטח הדינמי בתדר סיבוב קבוע ברגע שהוא מגיע לערך מצב יציב שני בתדר החדש.בשלב זה, גם להקליט את נפח הבועה החדש ואת האזור. לאחר מכן, שנה את תדירות הסיבוב כך שהיא קרובה לערך המקורי. למדוד את ערכי מתח פני השטח הדינמיים בתדר סיבוב קבוע זה עד להשגת ערך המצב היציב השלישי.שוב, הקלט את הנפח ואת האזור החדשים של הבועה. בשיטת הבועה המתהווה נמדדו ערכי המתח של משטח המצב היציב של פתרון של חמישה מילימולרים של טריטון X-100 נגד האוויר. ריכוז זה הוא מעל ריכוז micelle קריטי עבור פעילי שטח זה במים.מתח פני השטח היציב של 31.5 מילינטון למטר הושג כ-20 שניות לאחר שהבועה נוצרה. לאחר כ-25 שניות צומצמו הנפח והסביבה של הבועה ומתח פני השטח הדינמי ירד ל-31 ובתוך שנייה אחת והגדיל בחזרה ל-31.5, מה שמסמן את המתח היציב על פני השטח מספר שתיים. לאחר כ-50 שניות, הנפח ושטח הבועה הוגדלו בפתאומיות וערך מתח פני השטח הדינמי השתנה מעט, ולכן נקבע כי גם מתח פני השטח של המצב היציב מספר 3 עומד על 31.5 מילניטון למטר.שלושת ערכי SST היו כולם זהים, ולכן, מתח משטח שיווי המשקל נקבע להיות 31.5 מילניוטון למטר. בשיטת הבועה המסתובבת, מתח משטח מצב יציב אחד נמצא להיות 30.9 millinewtons למטר, מתח משטח מצב יציב 2 נמצאה להיות 30.6, ומתח משטח מצב יציב שלוש ואת המתח משטח שיווי משקל נמצאה להיות 30.8. שתי השיטות היו הבדל של 2.2% בערכי המתח משטח שיווי המשקל בעת מדידת חמישה מילימולרים טריטון X-100.זה היה כנראה בגלל טעויות שיטתיות מסוימות. הדבר החשוב ביותר לזכור עבור שיטת הבועה המתעוררת היא לשמור על תנאים קרוב שיווי המשקל הידרוסטטי. עבור שיטת הבועה המסתובבת, הקפד להחיל את המשוואה הנכונה.השיטות המתוארות בסרטון זה ניתן ליישם גם כדי לקבוע ערכי מתח בין-גזעי שיווי משקל בין שלבי מים ושמן. שיטות אלה מספקות דרך אמינה יותר לחשב כמה חומר שטח סופג כאשר ב שיווי משקל בממשק מי האוויר. זה יכול לשמש גם כדי לקבוע את היקף צבירת פעילי שטח בתותר הנקרא micellization.

accurate-determination-equilibrium-surface-tension-values-with-area

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מתארים שיטה למדידת אנרגיה מחייב, כפי שבא לידי ביטוי מתח הפנים רקמות, בין תאים בתוך הרקמה, כמו אגרגטים 3D. הבדלים מתח הפנים רקמות הוכחו לתאם עם הפולשנות של ריאות, שרירים, גידולים במוח, הם הגורמים הבסיסיים של כינון יחסים מרחביים בין סוגי תאים שונים.

מדידה של לכידות צבירה ידי Tensiometry Surface רקמות

מאמר זה מדגים את ההליך הניסיוני למדידת מהירויות יישוב סופניות של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקואלסטיים דלילים על בסיס פעילי שטח. נוזלים על פני מגוון רחב של תכונות ראולוגיות מוכנים ומהירויות יישוב נמדדים עבור מגוון של גדלי חלקיקים בנוזלים ונוזלים ללא גבולות בין קירות מקבילים.

מדידה ניסיונית של מהירות יישוב של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקואלסטיים לא מכופתרים ומרותקים על בסיס חומרים פעילי שטח

שיטות מוצגות להפקה הממוקדת של פעילי שטח נוכח אירוסולים אטמוספריים ואת הנחישות של הריכוזים שלהם המוחלטים עקומות מתח פנים במים, כוללים ריכוז micelle הביקורתית שלהם (CMC).

הפקת ואפיון של חומרים פעילי שטח מ אירוסולים באטמוספירה

חלבונים רבים בתא לחוש, זירוז עקמומיות ממברנה. אנו מתארים שיטה למשוך ממברנה צינוריות מן השומנים שלפוחית את האינטראקציה של חלבונים או כל מולקולה עקמומיות-פעיל עם ממברנות מעוקל חוץ גופית בתוך.

משיכת ממברנה צינוריות מן שלפוחית Unilamellar ענק

כאן אנחנו מדווחים את סינתזה ואפיון של פחמן nanoporous מסודרת (עם גודל הנקבוביות nm 4.6) SBA-15 (עם גודל הנקבוביות 5.3 ננומטר). העבודה מתארת השטח רקמתי מאפייני הנפות מולקולרית nanoporous, wettability שלהם, ואת ההתנהגות ההיתוך של D2O כלוא בתוך החומרים.

מאפייני משטח של פחמן Nanoporous מסונתז סיליקה מטריצות

כאן, אנו מציגים מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM), מופעל ככלי ננו ומיקרו לכניסה על תאים ורקמות. המכשיר מאפשר רכישת סימולטני של טופוגרפיה של פני השטח 3D של המדגם ואת התכונות המכאניות שלה, כולל קיר התא מודולוס של יאנג, כמו גם לחץ טורגור.

שימוש במיקרוסקופיה של כוח אטומי למדידת תכונות מכניות ולחץ טורגור של תאים צמחיים ורקמות צמחים

מטרת הפרוטוקול היא למדוד באופן אמין תכונות מכניות של ממברנה של שלפוחיות ענק על ידי שאיפה מיקרופיפטה.

Obtention של ענק Unilamellar היברידית ושלפוחיות על ידי אלקטרוונטור ומדידה של תכונות מכניות שלהם על ידי שאיפה מיקרופיפטה

אנו מציגים פרוטוקול ללמוד את היווצרות של הידרטים בנוכחות של מפעילי nonionic על הממשק של droplet מים שקוע ב ציקלופנטאן. הפרוטוקול כולל בניית וסת. בעלות נמוכה, ניתן לתיכנות ומווסת טמפרטורה מערכת בקרת הטמפרטורה משולבת עם טכניקות ויזואליזציה ומדידות לחץ פנימי.

לימוד השפעות הסקר על התגבשות מימה ב ממשקי שמן מים באמצעות מכשיר מודולרי משולב בעלות נמוכה

אנו ממחישים את השיטות המעורבות בסינון ובזיהוי של המיקרובים המייצרים את ה-biosurfactant. כמו כן, מוצגות שיטות לאפיון כרומטוגרפי וזיהוי כימי של החומרים הביולוגיים, הקובעים את הישימות התעשייתית של החומר הביולוגי להגברת התאוששות שאריות השמן.

התאוששות שמן משופרת באמצעות שילוב של חומרים ביולוגיים

כתב יד זה מתאר את התכנון וההפעלה של מיקרוטנציומטר/מיקרוסקופ קונפוקלי לביצוע מדידות בו-זמניות של מתח בין-פאזי וריאולוגיה של הרחבת פני השטח תוך הדמיית המורפולוגיה הבין-פאזית. זה מספק את הבנייה בזמן אמת של יחסי מבנה-תכונה של ממשקים חשובים בטכנולוגיה ובפיזיולוגיה.

מיקרוטנסיומטר למיקרוסקופיה קונפוקלית הדמיה של ממשקים דינמיים

למדו שני פרוטוקולים לקביעת ערכי מתח שיווי משקל בשיטת בועה צומחת ובועה מסתובבת. שיטות אלו מספקות מדידות חזקות ואמינות של מתח פני השטח במערכות מכילות סורפקטנטים.

קביעת מדויקת של ערכי מתח שיווי משקל עם מבחני שטח

גלה סרטונים נוספים