Determinazione accurata dei valori di tensione della superficie di equilibrio con i test di perturbazione dell'area

Questi protocolli possono essere incorporati nei protocolli di misurazione della tensione. Ad esempio, possono essere utilizzati per misurare la tensione interfacciale di equilibrio tra le fasi dell'acqua e dell'olio. Ognuno dei due protocolli in questo video può essere utilizzato per ottenere valori di tensione superficiale di equilibrio robusti e affidabili.

Questi valori possono essere stabiliti dopo aver testato la loro stabilità contro le perturbazioni dell'area. Per iniziare, preparare il tensiometro e l'esempio come descritto nel protocollo di testo. Quindi, selezionare un ago in acciaio inossidabile invertito in base ai valori di tensione superficiale stimati e posizionarlo sulla punta del dispositivo di erogazione.

Successivamente, caricare 40 millilitri di campione liquido in una cella di quarzo. Posizionare la cella sopra la piattaforma di esempio. Regolare l'altezza dell'ago invertito in modo che la punta dell'ago sia di almeno 20 millimetri sotto la superficie del campione liquido.

Iniettare un millilitro d'aria attraverso l'ago invertito sommerso per rimuovere le impurità che potrebbero essere presenti sulla punta della siringa e per migliorare la purezza chimica superficiale dell'interfaccia aria/liquido. Quindi, determinare sperimentalmente il volume iniziale della bolla. Distribuire il volume iniziale computerato della bolla per formare una bolla sulla punta della siringa invertita.

Assicurarsi che la bolla sia in equilibrio idrostatico in modo che la bolla non si muova. Misurare la tensione superficiale dinamica in base alla forma della bolla d'aria prodotta sulla punta dell'ago. Ogni secondo, calcolare la tensione superficiale in base al metodo di analisi della forma di caduta assimmetrica dell'equazione di Laplace-Young.

Confrontare la forma effettiva della bolla con una forma calcolata. Se le due forme si sovrappongono, allora l'equazione di Laplace-Young di equilibrio è valida. Questa deduzione è completamente valida quando la bolla smette di muoversi e la tensione superficiale smette di cambiare.

Misurare la tensione superficiale in funzione del tempo fino a raggiungere la prima tensione superficiale allo stato stazionario. La tensione superficiale allo stato stazionario è definita come un piano di valore oltre il quale la tensione superficiale cambia di meno di un millinewton per metro o di meno del 5% in diverse misurazioni consecutive della tensione superficiale dinamica. Quando si ottiene una tensione superficiale allo stato stazionario, registrare il volume della bolla e l'area della superficie.

Quindi, diminuire il volume della bolla rimuovendo un microlitro d'aria e registrare il nuovo volume e area della bolla. Continuare a misurare la tensione superficiale dinamica nelle aree fino a quando la tensione superficiale dinamica raggiunge la seconda tensione superficiale in stato stazionario. Quindi, espandere il volume della bolla iniettando un microlitro d'aria in modo che il volume e l'area siano simili ai valori iniziali.

Continuare a misurare i valori dinamici della tensione superficiale fino a raggiungere una terza tensione superficiale allo stato stazionario. Se i tre valori di tensione superficiale a stato stazionario differiscono l'uno dall'altro di meno di un millinewton per metro, o di meno del 5%, allora definiamo la loro media come tensione superficiale di equilibrio. Posizionare un portacampioni riempito all'interno della camera di filatura del tensiometro rotante, quindi ruotare il tubo a 500 giri/min.

Ciò dovrebbe impedire alla bolla iniettata di migrare verso l'alto o di attaccarsi alla parete del tubo. Quindi, caricare due microlitri d'aria nella siringa. Inserire l'ago della siringa attraverso il setto di gomma, che sigilla il tubo rotante e inietta una bolla d'aria a due microlitri nel tubo rotante.

Aumentare la frequenza di rotazione del tubo campione in modo che la bolla si avvicini all'asse di rotazione e si deformi maggiormente a causa dell'aumento delle forze centrifughe. Continuare ad accelerarlo fino a quando il rapporto tra la lunghezza della bolla orizzontale e il suo raggio al centro della bolla è otto o superiore. Quindi regolare l'angolo di inclinazione della camera di misura per posizionare il tubo campione orizzontalmente.

Ciò impedirà il movimento delle bolle e aiuterà a raggiungere l'equilibrio girostatico per una forma assimmetrica assunta nell'equazione di Laplace-Young e nell'algoritmo utilizzato. Ora, misurare e registrare i valori dinamici della tensione superficiale a intervalli di un secondo. Continuare a una frequenza di rotazione fissa fino a quando la tensione superficiale raggiunge un valore di stato stazionario.

Inoltre, registra il volume e l'area della bolla. Una volta registrata, modificare la frequenza di rotazione in una seconda frequenza di rotazione per variare l'area della superficie. Misurare la tensione dinamica della superficie a una frequenza di rotazione fissa una volta raggiunto un secondo valore di stato stazionario alla nuova frequenza.

A questo punto, registra anche il nuovo volume e area della bolla. Quindi, modificare la frequenza di rotazione in modo che sia vicina al valore originale. Misurare i valori dinamici della tensione superficiale a questa frequenza di rotazione fissa fino a raggiungere il terzo valore dello stato stazionario.

Ancora una volta, registrare il nuovo volume e l'area della bolla. Utilizzando il metodo della bolla emergente, i valori di tensione superficiale allo stato stazionario di una soluzione di cinque millimolari di Tritone X-100 sono stati misurati rispetto all'aria. Questa concentrazione è al di sopra della concentrazione critica di micelle per questo tensioattivi in acqua.

La tensione superficiale allo stato stazionario di 31,5 millinewton per metro è stata ottenuta circa 20 secondi dopo la formazione della bolla. Dopo circa 25 secondi, il volume e l'area della bolla furono ridotti e la tensione dinamica della superficie scese a 31 e nel giro di un secondo e aumentò di nuovo a 31,5, segnando la tensione superficiale dello stato stazionato numero due. Dopo circa 50 secondi, il volume e l'area della bolla sono stati aumentati bruscamente e il valore dinamico della tensione superficiale è cambiato poco, e quindi, la tensione superficiale allo stato stazionato numero tre è stata determinata per essere anche di 31,5 millinewton per metro.

I tre valori SST erano tutti uguali, quindi la tensione superficiale di equilibrio era determinata in 31,5 millinewton per metro. Con il metodo della bolla rotante, la tensione superficiale allo stato stazionario è stata di 30,9 millinewton per metro, la tensione superficiale allo stato stazionario due è stata di 30,6 e la tensione superficiale allo stato stazionario tre e la tensione superficiale di equilibrio è stata trovata 30,8. I due metodi avevano una differenza del 2,2% nei valori di tensione superficiale di equilibrio quando misurava cinque tritoni millimolari X-100.

Ciò è probabilmente dovuto ad alcuni errori sistematici. La cosa più importante da ricordare per il metodo delle bolle emergenti è mantenere condizioni vicine agli equilibri idrostatici. Per il metodo della bolla rotante, assicurarsi di applicare l'equazione corretta.

I metodi descritti in questo video possono anche essere applicati per determinare i valori di tensione interfacciale di equilibrio tra le fasi dell'acqua e dell'olio. Questi metodi forniscono un modo più affidabile per calcolare quanto un tensioattivi assorbe quando è in equilibrio all'interfaccia aria-acqua. Può anche essere usato per determinare l'estensione dell'aggregazione tensioattiva nella soluzione chiamata micellizzazione.