Determinação exata dos valores de tensão superficial de equilíbrio com testes de perturbação de área

Esses protocolos podem ser incorporados em protocolos de medição de tensão. Por exemplo, eles podem ser usados para medir a tensão interfacial de equilíbrio entre as fases de água e óleo. Cada um dos dois protocolos deste vídeo pode ser usado para obter valores robustos e confiáveis de tensão superficial de equilíbrio.

Esses valores podem ser estabelecidos após testar sua estabilidade contra perturbações de área. Para começar, prepare o tensiômetro e a amostra conforme descrito no protocolo de texto. Em seguida, selecione uma agulha de aço inoxidável invertida com base nos valores estimados de tensão superficial e coloque-a na ponta do dispositivo de distribuição.

Em seguida, carregue 40 mililitros de amostra líquida em uma célula de quartzo. Coloque a célula em cima da plataforma de amostra. Ajuste a altura da agulha invertida de modo que a ponta da agulha esteja pelo menos 20 milímetros abaixo da superfície da amostra líquida.

Injete um mililitro de ar através da agulha invertida submersa para remover impurezas que poderiam estar presentes na ponta da seringa e melhorar a pureza química superficial da interface ar/líquido. Em seguida, determine experimentalmente o volume inicial da bolha. Dispense o volume inicial de bolhas computado para formar uma bolha na ponta da seringa invertida.

Certifique-se de que a bolha está em equilíbrio hidrostático para que a bolha não se mova. Meça a tensão dinâmica da superfície com base na forma da bolha de ar produzida na ponta da agulha. A cada segundo, calcule a tensão superficial com base no método de análise de forma de queda me axisymétrica da equação Laplace-Young.

Compare a forma real da bolha com uma forma calculada. Se as duas formas se sobrepõem, então a equação de equilíbrio Laplace-Young é válida. Esta inferência é completamente válida quando a bolha pára de se mover e a tensão da superfície pára de mudar.

Meça a tensão superficial em função do tempo até que a primeira tensão superficial de estado estável seja alcançada. A tensão da superfície de estado constante é definida como um plano de valor além do qual a tensão superficial muda em menos de um mililitro por metro ou por menos de 5% em várias medidas consecutivas de tensão dinâmica da superfície. Quando a tensão da superfície de estado estável for alcançada, regisse o volume da bolha e a área da superfície.

Em seguida, diminua o volume da bolha removendo um microliter de ar e regise o novo volume e área da bolha. Continue medindo a tensão dinâmica da superfície nas áreas até que a tensão dinâmica da superfície atinja a tensão da superfície de segundo estado estável. Em seguida, expanda o volume da bolha injetando um microliter de ar para que o volume e a área sejam semelhantes aos valores iniciais.

Continue medindo os valores dinâmicos de tensão da superfície até que um terceiro estado de tensão superficial seja atingido. Se os três valores de tensão da superfície de estado constante diferem um do outro por menos de um mililitro por metro, ou por menos de 5%, então definimos sua média como a tensão da superfície de equilíbrio. Coloque um suporte de amostra preenchido dentro da câmara giratória do tensiometer giratório e, em seguida, gire o tubo a 500 RPM.

Isso deve evitar que a bolha injetada mije para cima ou se anexe à parede do tubo. Em seguida, carregue dois microliters de ar na seringa. Insira a agulha da seringa através do septo de borracha, que sela o tubo giratório e injete uma bolha de ar de dois microliteres no tubo giratório.

Aumente a frequência de rotação do tubo amostral para que a bolha se aproxime do eixo de rotação e se deforme mais por causa do aumento das forças centrífugas. Continue acelerando-o até que a razão do comprimento da bolha horizontal para o seu raio no meio da bolha seja oito ou maior. Em seguida, ajuste o ângulo de inclinação da câmara de medição para posicionar o tubo de amostra horizontalmente.

Isso impedirá o movimento da bolha e ajudará a alcançar o equilíbrio girostático para uma forma axisymétrica assumida na equação e algoritmo laplace-young usados. Agora, meça e regise os valores dinâmicos de tensão da superfície em intervalos de um segundo. Continue em uma frequência de rotação fixa até que a tensão da superfície atinja um valor de estado estável.

Além disso, registo o volume de bolhas e a área. Uma vez registrado, altere a frequência de rotação para uma segunda frequência de rotação para variar a área da superfície. Meça a tensão dinâmica da superfície em uma frequência de rotação fixa uma vez que atinja um segundo valor de estado estável na nova frequência.

Neste ponto, também registo o novo volume de bolhas e área. Em seguida, altere a frequência de rotação para que ela fique próxima do valor original. Meça os valores dinâmicos de tensão superficial nesta frequência de rotação fixa até que o terceiro valor de estado estável seja atingido.

Novamente, registo o novo volume de bolhas e área. Usando o método de bolha emergente, os valores de tensão da superfície do estado constante de uma solução de cinco milimonas de Triton X-100 foram medidos contra o ar. Esta concentração está acima da concentração crítica de micela para este surfactante na água.

A tensão da superfície de estado estável de 31,5 mililitros por metro foi obtida aproximadamente 20 segundos após a formação da bolha. Após cerca de 25 segundos, o volume e a área da bolha foram reduzidos e a tensão dinâmica da superfície caiu para 31 e dentro de um segundo e aumentou para 31,5, marcando a tensão de superfície de estado estável número dois. Após cerca de 50 segundos, o volume e a área da bolha foram aumentados abruptamente e o valor dinâmico da tensão superficial mudou pouco, e, portanto, a tensão da superfície do estado estável número três foi determinada a ser de 31,5 mililitros por metro, também.

Os três valores SST eram todos iguais, portanto, a tensão da superfície de equilíbrio foi determinada como sendo de 31,5 mililitros por metro. Usando o método de bolha giratória, a tensão da superfície de estado constante foi encontrada em 30,9 mililitros por metro, a tensão da superfície do estado estável 2 foi encontrada como 30,6, e a tensão da superfície do estado constante três e a tensão da superfície de equilíbrio foi encontrada em 30,8. Os dois métodos apresentaram diferença de 2,2% nos valores de tensão da superfície de equilíbrio ao medir cinco milimonas Triton X-100.

Isso provavelmente foi devido a certos erros sistemáticos. A coisa mais importante a ser lembrada para o método de bolha emergente é manter condições próximas aos equilíbrios hidrostáticos. Para o método de bolha giratória, certifique-se de aplicar a equação correta.

Os métodos descritos neste vídeo também podem ser aplicados para determinar valores de tensão interfacial de equilíbrio entre as fases de água e óleo. Esses métodos fornecem uma maneira mais confiável de calcular o quanto um surfactante absorve quando em equilíbrio na interface ar-água. Também pode ser usado para determinar a extensão da agregação de surfactantes em uma solução chamada micelização.