קביעת מדויקת של ערכי מתח שיווי משקל עם מבחני שטח

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.