Summary
يتم تقديم بروتوكولين لتحديد قيم التوتر السطحي المتوازن (EST) باستخدام طريقة الفقاعة الناشئة (EBM) وطريقة فقاعة الغزل (SBM) لمرحلة مائية تحتوي على سطح الأرض ضد الهواء.
Abstract
نعرض بروتوكولين قويين لتحديد قيم التوتر السطحي المتوازن (EST) مع اختبارات اضطراب المنطقة. يجب تحديد قيم EST بشكل غير مباشر من قيم التوتر السطحي الديناميكي (DST) عندما تكون قيم التوتر السطحي (ST) في حالة ثابتة ومستقرة ضد الاضطرابات. وقد تم اختيار طريقة الفقاعة الناشئة (EBM) وطريقة فقاعة الغزل (SBM)، لأنه، مع هذه الطرق، فإنه من السهل إدخال اضطرابات المنطقة مع مواصلة قياسات التوتر الديناميكي. وقد استخدم التوسع المفاجئ أو الضغط المفاجئ لفقاعة الهواء كمصدر لاضطراب المنطقة بالنسبة لـ EBM. وفيما يتعلق بـ SBM، استُخدمت التغيرات في تردد دوران محلول العينة لإنتاج اضطرابات في المنطقة. تم استخدام محلول مائي Triton X-100 لتركيز ثابت فوق تركيز الميكل الحرج (CMC) كحل نموذجي للتوتر السطحي. كانت قيمة EST المحددة لواجهة الهواء/الماء النموذجية من EBM 31.5 ± 0.1 mN·m-1 وأن من SBM كانت 30.8 ± 0.2 mN·m-1. يوفر البروتوكولان الموصوفان في المقالة معايير قوية لتحديد قيم EST.
Introduction
إن تحديد التوتر السطحي المتوازن أو التوتر بين الوجهين المتوازنين (EIFT) لواجهة معينة للهواء/الماء أو النفط/الماء هو خطوة حاسمة للتطبيقات في مجموعة واسعة من المناطق الصناعية مثل detergency، وتعزيز استعادة النفط ، والمنتجات الاستهلاكية، والمستحضرات الصيدلانية1،2،3،4. وينبغي تحديد قيم التوتر هذه بصورة غير مباشرة من التوتر السطحي الدينامي (DST) أو التوتر الديناميكي بين الوجهين (DIFT)، لأن قيم التوتر الدينامية هي وحدها القابلة للقياس المباشر. يتم تحديد قيم التوتر السطحي الديناميكي (أي قياس قيم التوتر كدالة للوقت) على فترات زمنية منتظمة. تعتبر قيم توتر التوازن يتم تحديدها عندما تكون قيم التوقيت الدولي في حالة ثابتة. يتم تأسيس قيم التوتر السطحي التوازن الحقيقي بشكلأفضل عندما تكون مستقرة ضد الاضطرابات 5. وقد تم الإبلاغ عن العديد من الملاحظات من الاسترخاء التوتر بعد ضغط المنطقة السطحية سابقا من قبل ميلر وLunkenheimer، الذين استخدموا اثنين من أساليب قياس الشد الكلاسيكية، وحلقة دو نوي وطرق لوحة فيلهلمي6،7 ،8. هذه الأساليب هي أقل دقة من تلك المستخدمة في هذه الدراسة، وتقاس تلك DSTs كل بضع دقائق. وقد تم تطوير العديد من التقنيات لقياس التوتر السطحي (ST) أو قيم التوتر بين الوجه (IFT) للواجهات، ولكن هناك فقط عدد قليل من التقنيات التي يمكن استخدامها لقياس قيم التوقيت الدولي أو DIFT والسماح للمرء بتطبيق اضطرابات لاختبار استقرار قيم التوتر ثابت الدولة المكتسبة9. إذا كان الحل المائي يحتوي على مخاليط السطحي، وعندما أحد المكونات الامتزاز أسرع بكثير من غيرها، ثم قد يكون هناك هضبة مؤقتة في منحنيات التوقيت الدولي10. ثم قد لا تعمل الأساليب المعروضة بشكل جيد في الجداول الزمنية القصيرة كما هو الحال بالنسبة لعناصر واحدة من المواد الخافضة للتوتر السطحي، ولكنها قد تعمل إذا تم تمديد الإجراءات قليلاً لتغطية جداول زمنية أطول.
البروتوكولات الموصوفة هنا تظهر البيانات التمثيلية فقط لقيم التوتر السطحي من محلول الهواء / مائي. ومع ذلك، تنطبق هذه البروتوكولات أيضا على IFT من محلول مائي ضد سائل ثان، مثل النفط، الذي هو غير قابل للامتزاج مع محلول مائي وكثافة أقل من ذلك من الحل المائي. هنا، نقدم طريقتين قويتين تفيان بهذه المعايير، طريقة الفقاعة الناشئة (EBM) وطريقة فقاعة الغزل (SBM). في كلا الأسلوبين، يحدد المرء قيم ST التي تستند إلى أشكال الفقاعة ولا تتطلب معلومات زاوية الاتصال، والتي يمكن أن تقدم شكوك وأخطاء كبيرة في القياسات. بالنسبة لـ EBM، يتم إدخال اضطرابات المنطقة عن طريق تغيير حجم الفقاعة الناشئة فجأة من طرف إبرة الحقنة. بالنسبة لـ SBM، يتم استخدام التغيرات في تردد دوران العينات لاضطرابات المنطقة. وتهدف البروتوكولات التفصيلية إلى توجيه الباحثين في هذا المجال، بحيث يمكنهم تجنب الأخطاء أو الأخطاء الشائعة في قياس التضيق الديناميكي والتوازن والمساعدة على منع التفسيرات غير الدقيقة للبيانات المكتسبة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. الحد الأدنى من مواصفات الصك
- إعداد مقياس للضغط من أجل الإدارة EBM مع المواصفات التالية: '1' نظام صرف للتحكم في حجم الغاز الاستغناء؛ '2' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام صرف الغاز؛ '3' نظام توزيع الغاز. '2' كاميرا لالتقاط صورة الفقاعة؛ '3' برنامج لتحليل الصور لحل معادلة لابلاس - يونغ (معادلة LY) مع خوارزمية تحليل شكل الفقاعة المحورية11،12؛ و'4' غرفة عينة يتم التحكم في درجة حرارتها.
ملاحظة: عادة، يمكن أيضا استخدام أداة EBM لطريقة إسقاط قلادة، والتي يتم تشكيل قطرة صغيرة ومعلقة عموديا من نهاية إبرة حقنة. - إعداد مقياس شد للمقياس SBM بالمواصفات التالية: '1' حامل أنبوب عينة قادر على تدوير حامل أنبوب عينة أفقياً بترددات دوران عالية لا تقل عن 000 6 دورة في الدقيقة؛ '2' كاميرا لالتقاط صورة فقاعة الغزل في الأنبوب؛ و(3) برنامج تحليل الصورة لحل المعادلة LY العامة ومعادلة Vonnegut13.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا.
2. المواد وإعداد عينة
- الحصول على المياه النقية من جهاز تنقية المياه. يجب أن تكون مقاومة المياه عند 25 درجة مئوية في إخراج الجهاز 18.2 MΩ·cm أو قريبة.
- تنظيف جميع قارورة البورسليكات، وخلايا الكوارتز، والأواني الزجاجية، وأشرطة التحريك المغناطيسي عن طريق نقع لهم في الماء النقي لمدة 8 ساعة على الأقل وتكرار عملية نقع مرة واحدة على الأقل أكثر من ذلك.
ملاحظة: تهدف عملية النقع إلى إزالة الأيونات المتبقية من الحاويات الزجاجية، والتي يمكن أن تؤثر على قيم التوتر السطحي بشكل كبير. - إعداد حل السطحي من الاهتمام في الأواني الزجاجية تنظيفها.
ملاحظة: يجب أن يكون تركيز السطحي أقل من حد الذوبان في الماء. - غسل كل حاوية التي سيتم استخدامها لقياسات التوتر مع حل العينة التي سيتم استخدامها للقياسات الفعلية قبل تحميل العينة.
- قياس كثافات العينات السائلة قبل قياس التوتر إلى ثلاثة أو أربعة أرقام هامة.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا.
3. قياس اللقان السطحي مع طريقة فقاعة الناشئة (EBM)
- معايرة جهاز الحصول على صورة من مقياس الانزم وفقا لدليل المستخدم البائع.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. - حدد إبرة من الفولاذ المقاوم للصدأ المقلوب ة استناداً إلى قطر الفقاعة الأقصى المقدر من قيم التوتر السطحي المقدرة.
ملاحظة: يمكن تقدير أقصى قطر فقاعة من طول الشعرية،
دج ( ، حيث γ هو التوتر السطحي (N ·m-1)، Δי هو الفرق الكثافة للمرحلة السائلة والهواء (كجم · م-3)، وg هو تسارع الجاذبية (م2·s-1)). يمكن تقدير الحد الأقصى لحجم الفقاعة (Vكحدأقصى) على أنه 1dc3/6.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. - وضع إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ المقلوب، التي تم الحصول عليها من نفس البائع من مقياس الانزم، في غيض من جهاز الاستغناء.
ملاحظة: ينصح موزع الآلي مقارنة مع حقنة يدوية، لأنه من الأسهل وأكثر دقة للمستخدمين لإنتاج الحجم المطلوب، ومن ثم، حجم واضطراب المنطقة إلى السطح. ويوصى أصغر خطوة حجم من موزع أن يكون أقل من 1 ميكرولتر، من 0.2-0.5 درجة مئوية، من أجل إنتاج اضطرابات منطقة دقيقة. يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. - تحديد حجم العينة السائلة لقياسات التوتر بحيث عمق العينة السائلة طويلة بما فيه الكفاية ليكون الجزء المقلوب بأكمله من إبرة الاستغناء المغمورة، وأن يكون عمق إضافي ~ 20 ملم من عينة السائل بين مقلوب طرف إبرة وسطح عينة السائل.
- تحميل عينة سائلة في خلية الكوارتز ووضع الخلية على رأس منصة عينة. في مثالنا، كان حجم العينة السائلة 40 مل.
- ضبط ارتفاع الإبرة المقلوبة بحيث غيض من الإبرة هو ما لا يقل عن 20 ملم تحت سطح العينة السائلة.
- ضبط موقف إبرة مقلوبة بحيث حدود طرف إبرة موازية لسطح الهواء السائل.
- حقن ~ 1 مل من الهواء من خلال إبرة مقلوبة المغمورة لإزالة الشوائب التي يمكن أن تكون موجودة على طرف الحقنة. يتم استخدام هذا الإجراء لتحسين نقاء الكيميائية السطحية للواجهة الهواء / السائل.
- تقدير الحد الأقصى لوحدة تخزين الفقاعة (Vكحدأقصى) مع إجراء الموضح كما يلي. أولا، الاستغناء ~ 2 ميكرولتر من الهواء لتشكيل فقاعة في غيض من حقنة ومراقبة شكل فقاعة. ثم، زيادة حجم فقاعة من قبل ~ 0.5 درجة مئوية ومراقبة شكل فقاعة. كرر الخطوتين السابقتين حتى تنفصل الفقاعة عن طرف الإبرة. تحدد هذه الخطوةالحدالأقصى V .
- تحديد النطاق المناسب لوحدة تخزين الفقاعة، استناداً إلى المجموعة السابقة من الملاحظات.
ملاحظة: يجب أن يكون شكل فقاعة غير كروية، مشوهة إلى حد كبير من الجاذبية، للسماح باستخدام دقيق لخوارزمية تحليل شكل إسقاط محور، وينبغي أن يكون حجم فقاعة أصغر جداً منماكس V لتجنب انفصال فقاعة من إبرة تلميح. بالنسبة لطرف الحقنة بقطر داخلي قدره 0.84 مم، يبلغ حجم الفقاعة الأولي المفضل حوالي 4 ميكرولتر. - حدد حجم الفقاعة الأولي استنادًا إلى نطاق حجم الفقاعة المحدد من الخطوة السابقة. يجب أن يكون حجم الفقاعة الأولي قريبًا من منتصف نطاق حجم الفقاعة بحيث ينتج الحجم والمنطقة والاضطرابات فقاعات داخل النطاق.
- الاستغناء عن حجم فقاعة الأولية المحددة مسبقا من الخطوة السابقة لتشكيل فقاعة في غيض من طرف حقنة مقلوبة. تأكد من أن الفقاعة في التوازن الهيدروستاتيكي، مما يعني أن قوى التوتر السطحي توازن قوى الجاذبية (الطفو).
ملاحظة: من المهم أن يكون فقاعة معلقة خارج محيط طرف إبرة لمنع وجود حل السطحي داخل إبرة الحقنة. إذا تم تثبيت فقاعة داخل طرف إبرة، كرر الخطوة 3.8 لتنقية طرف إبرة. - قياس التوتر السطحي الديناميكي على أساس شكل فقاعة الهواء المنتجة في طرف طرف إبرة كل 1 ق، أو فاصل زمني آخر محدد مسبقا. الخوارزمية الرقمية الموصى بها لحساب التوتر السطحي هي واحدة تستند إلى طريقة تحليل شكل إسقاط المحور ية لمعادلة LY11،12.
- قارن الشكل الفعلي للفقاعة مع الشكل المحسوب. إذا كان الشكلان يتراكبان تماماً، أو تقريباً، يستنتج المرء أن معادلة LY المتوازنة صالحة لكل شكل ديناميكي ومتغير ببطء. هذا الاستنتاج هو صالح تماما عندما تتوقف فقاعة تتحرك، وST توقف عن تغيير، أن يكون التوازن الهيدروستاتيكي.
ملاحظة: المعيار الذي قيمة التوتر السطحي موحدة في جميع أنحاء الواجهة وأن الآثار الهيدروديناميكية ليست مهمة هو أن شكل واجهة فقاعة محسوبة استناداً إلى قيم التوتر السطحي الاستدلال الأمثل يتراكب بصرياً مع شكل واجهة فقاعة الفعلية. المزيد من الاختبارات الكمية ممكنة ولكن لن يتم النظر في هذه المقالة. - قياس التوتر السطحي كدالة للوقت حتى يتم تحقيق أولتوتر سطح ثابت الحالة (SST 1). يتم تعريف SST كقيمة هضبة التي تتغير بعدها التوتر السطحي بأقل من 1 mN·m-1 (أو أقل من 5٪) في عدة (10 إلى 100) قياسات التوتر السطحي الديناميكي المتتالية.
- تسجيل حجم الفقاعة (V1) والمساحة السطحية (A1)
- تقليل حجم الفقاعة عن طريق إزالة ~ 1 درجة مئوية من الهواء، وتسجيل حجم فقاعة جديدة، V2 والمنطقة، A2 (انظر الشكل1).
- متابعة قياس التوقيت الدولي والمناطق حتى يصل التوقيت الدولي إلى SST الثاني (SST2) في حجم الفقاعة V2.
- توسيع حجم فقاعة عن طريق حقن ~ 1 € L من الهواء بحيث V3 - V1 و A3 - A1.
ملاحظة: وجود V3 و A3 يساوي تماماً V1 و A 1 ليس من الضروري. - متابعة قياس قيم التوقيت الدولي حتىيتم الوصول إلى SST الثالث (SST 3). إذا كانت قيم SST الثلاث تختلف عن بعضها البعض بأقل من 1.0 mN·m-1، أو بنسبة 5%، يتم تعريف متوسطها على أنه توتر سطح التوازن (EST).
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا.
دج ( ، حيث γ هو التوتر السطحي (N ·m-1)، Δי هو الفرق الكثافة للمرحلة السائلة والهواء (كجم · م-3)، وg هو تسارع الجاذبية (م2·s-1)). يمكن تقدير الحد الأقصى لحجم الفقاعة (Vكحدأقصى) على أنه 1dc3/6.4. قياس الشد السطحي مع طريقة فقاعة الغزل (SBM)
- معايرة جهاز الحصول على صورة من مقياس الانزم وفقا لدليل المستخدم البائع.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. - ملء أنبوب زجاجي من حامل العينة، متوافقة مع مقياس الانزوبة الغزل للقياس، مع عينة السائل وإغلاق الغطاء. لا ينبغي أن تكون فقاعات الهواء موجودة داخل الأنبوب الزجاجي.
ملاحظة: من المستحسن استخدام حامل العينة والأنبوب الزجاجي، اللذين يتم توفيرهما من قبل بائع الآلات أو متوافقين مع مقياس الإنزلاق. - وضع حامل عينة شغل داخل غرفة الغزل من مقياس الانزم الغزل.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. - تدور الأنبوب بمعدل منخفض من ~ 500 دورة في الدقيقة لمنع فقاعة حقن من الهجرة إلى أعلى و / أو إرفاق إلى جدار الأنبوب.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. - تحميل ~ 2.0 ميكرولتر من الهواء في المحاقن.
ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتاً هنا. - إدراج ثقب إبرة حقنة من خلال الحاجز البوليمري ختم الجزء العلوي من أنبوب الغزل.
- حقن فقاعة الهواء من ~ 2.0 درجة مئوية في أنبوب الغزل.
ملاحظة: عادةً ما تبقى وحدة تخزين الفقاعة ثابتة، إلا إذا فواصل الفقاعة. إذا انكسر فقاعة، فمن الأفضل لبدء العملية مرة أخرى. - زيادة تردد دوران حامل العينة إلى 1 بحيث يتم تشويه فقاعة داخل أنبوب زجاجي بحيث نسبة طول فقاعة أفقي (L) ونصف قطرها من منتصف الفقاعة (R) للوصول إلى قيمة 8 أو اكبر.
ملاحظة: إذا، مع الأداة المتاحة، لا يمكن نسج أنبوب عينة في تردد دوران عالية بما فيه الكفاية للسماح تشوه فقاعة كبيرة ولها نسبة L/R من 8 أو أكثر، يمكن استخدام المعادلة LY العامة لحساب التوقيت الدولي القيم. - ضبط زاوية الميل من غرفة قياس تحتوي على أنبوب، إذا لزم الأمر، لوضع أنبوب عينة موجهة أفقيا، لمنع حركة فقاعة، والمساعدة في تحقيق التوازن الهيدروستاتيكي (التوازن الهيدروستاتيكي في السائل الدورية) ل الشكل المحوري المفترض في معادلة LY والخوارزمية المستخدمة.
ملاحظة: يتم تعريف التوازن الدوراني للفقاعات الدوارة، على غرار التوازن الهيدروستاتيكي للفقاعات غير الدورية، عندما لا تتحرك الفقاعة. - قياس قيم التوقيت الدولي في فاصل زمني محدد مسبقاً. القيمة النموذجية هي 1 s.
- استمر في قياس التوقيت الدولي عند تردد دوران ثابت، 1،حتى يصل إلى قيمة حالة ثابتة (SST1)وسجل SST1 وتردد الدوران 1(انظر الشكل 2).
- تسجيل حجم فقاعة، V1 والمنطقة، A1.
- تغيير تردد دوران إلى تردد دوران الثاني، ن2،لتغيير المساحة السطحية.
- استمر في قياس التوقيت الدولي عند تردد دوران ثابت، 2،حتى يصل إلى قيمة الحالة الثابتة الثانية (SST2)وتردد الدوران 12.
- تسجيل حجم فقاعة، V2 والمنطقة، A2.
ملاحظة: V2 يجب أن تكون قريبة جداً من V1. - تغيير تردد الدوران إلى3 .
ملاحظة: وجود 2 =3 يساوي تماماً 1 لاأحد ضروري. - قياس قيم التوقيت الدولي في تردد دوران ثابت، ن3، حتى يتم الوصول إلى قيمة الحالة الثابتة الثالثة، SST3.
- سجل 3 و A3.
- 4.19. عندما تختلف قيم SST الثلاث عن بعضها البعض بأقل من 1.0 mN·m-1 (أو أقل من 5٪)، يعتبر متوسطها هو "EST".
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
التوتر السطحي الديناميكي والتوتر السطحي المتوازن من محلول تريتون X-100 مائي مع EBM
تم قياس قيم SST من حلول تريتون X-100 ضد الهواء، وتم اختبار استقرارها للحل المائي 5 mM; ال [كم] ل هذا [سورفكتر] في ماء 0.23 [مم]14. تم الحصولعلى SST 1, 31.5 ± 0.1 mN·m-1, حوالي 20 s بعد تشكيل فقاعة (الشكل3). بعد حوالي 25 ثانية، تم ضغط المساحة السطحية من A 1 = 11.4 مم2 إلى A= 9.0 مم2 عن طريق خفض حجم الفقاعة من V1 = 3.8 ميكرولتر إلى V2 = 2.8 ميكرولتر. انخفض التوقيت الدولي St لأول مرة إلى 31 mN·m-1، وضمن 1 s، زاد إلى SST2 من 31.5 ± 0.1 mN·m-1. بعد حوالي 50 ثانية، تم توسيع المساحة السطحية فجأة من A 2 = 9.0 مم2 إلى A3 = 11.4 مم2 عن طريق زيادة حجم الفقاعة من 2.8 ميكرولتر (V2)إلى 3.8 ميكرولتر(V 3).تغيرت قيمة التوقيت الدولي قليلا، وبالتالي، تم تحديد SST3 لتكون 31.5 ± 0.1 mN·m-1. كانت قيم SST الثلاثة نفس تقريباً. ولذلك، تم تحديد EST لتكون 31.5 ± 0.1 mN·m-1.
التوتر السطحي الديناميكي والتوتر السطحي المتوازن لحل تريتون X-100 المائي مع SBM
في 9000 دورة فيالدقيقة، تم التوصل إلى SST 1، 30.9 ± 0.1 mN·m-1، من نفس الحل تريتون X-100 كما هو موضح أعلاه حوالي 500 s بعد حقن الفقاعة (الشكل4). ثم تم تخفيض المساحة السطحية عن طريق تغيير تردد الدوران فجأة من1 = 9000 دورة في الدقيقة إلى2 = 8500 دورة في الدقيقة. ثم، تم تقليل التوقيت الدولي إلى 27.5 mN·m-1، ثم ارتفع داخل 1 s إلى 30.6 mN·m-1. وبالتالي، كان SST2 30.6 ± 0.1 mN·m-1. بعد ~ 630 s، تم توسيع مساحة السطح عن طريق زيادة تردد دوران من 2 = 8500 دورة في الدقيقة إلى3 =9000 دورة في الدقيقة. قفز التوقيت الدولي إلى ~ 34 mN·m-1، ثم انخفض بسرعة إلى قيمة حالة ثابتة من 30.8 ± 0.1 mN·m-1، SST3. وبالتالي، تم تحديد EST كما 30.8 ± 0.2 mN·m-1. الفرق 2.2% في قيم EST من الطريقتين ربما يرجع إلى خطأ منهجي معين; وتتجاوز مناقشة هذه الأخطاء نطاق الورقة الحالية.
الشكل 1 . رسم تخطيطي التوقيت الدولي وقيم التوتر السطحي ذات الحالة الثابتة (SST1و SST2و SST3)وEST مع EBM. خامسا 1 هو حجم الفقاعة الأولي، وV2 و V3 هي أحجام فقاعة بعد المجلد الأول والثاني، والمنطقة، والاضطرابات، على التوالي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2 . رسم تخطيطي التوقيت الدولي وقيم التوتر السطحي ثابت الحالة (SST1و SST2و SST3)وEST مع SBM. هنا، ن1 هو تردد الدوران قبل اضطرابات المنطقة، و2و 2 ن3 هي ترددات الدوران بعد التردد الأول والثاني، والمنطقة، والاضطرابات، على التوالي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3 . [ست] من النموذج [سورفكتر] في [دي] ماء ([5] [م]) ضدّ هواء مع ال [بم]. في هذا الرقم، V1 هو حجم الفقاعة الأولية، و V2 و V3 هي أحجام فقاعة بعد المجلد الأول والثاني، والمنطقة، والاضطرابات، على التوالي. قبل كل اضطراب، وصلت قيم التوقيت الدولي إلى قيمة هضبة، والتي يتم تعريفها باسم SST. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4 . التوقيت الدولي للتوتر السطحي النموذجي في مياه DI (5 mM) ضد الهواء الذي تم تقييمه مع SBM. في هذا الرقم، عدد1 هو تردد الدوران قبل اضطرابات المنطقة، و2 و2 و 3 هي ترددات الدوران بعد التردد الأول والثاني، والمنطقة، والاضطرابات، على التوالي. مشابهة لأسلوب EBM قبل كل اضطراب قيم التوقيت الدولي وصلت إلى قيمة هضبة التي يتم تعريفها باسم SST. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وEBM وSBM طريقتان بسيطتان وقويتان لتحديد قيم التوتر للهواء/الماء أو النفط/الماء البينية عند الضغط الجوي. المعلومات المسبقة لهذه الطرق هي كثافة كل مرحلة، ولا توجد معلومات زاوية الاتصال مطلوبة لتحديد قيم التوتر9. ومن القيود الرئيسية على هذه التقنيات أن العينات ينبغي أن يكون لها لزوجة منخفضة، وأن تكون على مرحلة واحدة أو أقل من الذوبان السطحي. يتم استخدام البروتوكولين، EBM وSBM، لقياس قيم التوقيت الدولي لمراقبة هاك كدالة للوقت. عند الوصول إلى قيمة SST يتم اختبار استقرار قيمة SST عن طريق قياس التوقيت الآخر بعد تطبيق اضطرابات المنطقة. ثم، يمكن فحص قيم SST غير مستقرة أو metastable من5، ويمكن تحديد قيم EST موثوق بها.
وتتمثل الخطوات الحاسمة لبروتوكول EBM فيما يلي: '1' إزالة الشوائب من طرف إبرة الحقنة (الخطوة 3-8) و'2' اختيار مدى مناسب لكل اضطراب في كل منطقة. إذا كان طرف إبرة الحقنة يحتوي على شوائب نشطة على السطح، قد يكون لقيم التوقيت الدولي المقاسة أخطاء كبيرة مقارنة بالأخطاء التي تحتوي على طرف نقي. من خلال تشكيل وفصل سلسلة من فقاعات الهواء في طرف الحقنة، يمكن إزالة الشوائب السطحية النشطة مع فقاعات الهواء. وبالإضافة إلى ذلك، إذا تم العثور على قيم EST تختلف اختلافا كبيرا من فقاعة إلى فقاعة، فمن المستحسن أن تبدأ التجربة مع عينة سائلة جديدة ومع حاويات عينة السائل غسلها بشكل صحيح والإبر حقنة. ويرد وصف لعملية غسل الحاويات السائلة في الخطوة 2-2 ويمكن استخدام نفس الإجراء، إذا لزم الأمر، لغسل إبر الحقنة. وعلاوة على ذلك، إذا تم ضغط مساحة السطح لدرجة أن شكل فقاعة الهواء يصبح قريبا من شكل كروي، قد يكون قيم التوقيت الدولي الناتجة أخطاء كبيرة بسبب الصعوبات في الحصول على حلول دقيقة مع البرامج المتاحة. في مثل هذه الحالات، يجب أن يكون مدى ضغط المنطقة أصغر، أو يجب أن يكون حجم الفقاعة الأولي، قبل ضغط المساحة السطحية، أكبر.
الخطوات الحاسمة لبروتوكول SBM هي '1' حقن فقاعة الهواء دون أي اختراق فقاعات الهواء و '2' منع فقاعة الهواء المحقون من الاتصال بأي أسطح صلبة (على سبيل المثال، الجدار الداخلي أو الحاجز أنبوب عينة)، بحيث التوازن الدوراني يمكن الحفاظ عليها في جميع أنحاء كل قياس. إذا تم حقن فقاعات الهواء متعددة أو شكلت في أنبوب الزجاج عينة الغزل، وإذا كانت تلك الفقاعة على مقربة من بعضها البعض، ثم القيم التوقيت الدولي الناتجة قد يكون لها أخطاء كبيرة بسبب التفاعلات الهيدروديناميكية بين فقاعات الهواء. في مثل هذه الحالات، من المستحسن بدء التجربة مرة أخرى من خطوة تحميل الحل السطحي (الخطوة 4.2). أيضا، من أجل الحفاظ على التوازن الدوراني في جميع أنحاء القياس، فمن المستحسن للغاية للحفاظ على رصد موقع فقاعة الهواء الغزل. أي الانجراف من فقاعة الغزل إما إلى اليسار أو الاتجاه الصحيح يمكن تقليلها عن طريق التحكم في زاوية الميل من حامل عينة الغزل.
نفس مقياس الشد المستخدم لبروتوكول EBM يمكن أيضا أن تستخدم لتكوين طريقة إسقاط قلادة حيث يتم تعليق الحل السطحي عموديا في نهاية تلميح حقنة. طريقة إسقاط قلادة لديها عيب، بالنسبة إلى EBM للتجارب التي تتطلب أوقاتا طويلة (أكثر من حوالي 1 ساعة)، كما قد ينخفض حجم الانخفاض بسبب تبخر المذيبات. ومع ذلك، قد يفضل أسلوب إسقاط قلادة، عندما يكون حجم العينة السائلة المتاحة أصغر من الحد الأدنى لحجم المطلوبة لEBM. طريقة SBM لديها مزايا معينة على طريقة إسقاط قلادة، وطريقة حلقة دو نوي، أو طريقة لوحة فيلهلمي لأن العينة في أنبوب مختومة في جميع أنحاء القياسات، وبالتالي القضاء على الأخطاء الناجمة عن أي تبخر المذيبات. وبالإضافة إلى ذلك، وكما هو موضح في الفرع المقدم، فإن التوترات بين الوجهين بين سائلين غير قابلين للامتزاج، مثل النفط والماء من أجل التطبيقات المعززة لاستعادة النفط5و15 أو الهيدروكربون والكربون الفلوري لمكافحة الحرائق السوائل16، يمكن تحديدها مع نفس tensiometers ومع نفس البروتوكولات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
ويعرب المؤلفون عن امتنانهم لشركة بايونير للنفط (فينسين، IN) للحصول على الدعم المالي.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 10 µL, Model 1701 SN SYR, Cemented NDL, Custom gauge, length, point style | Hamilton | 80008 | gauge: 26s, needle length: 2.5 inch, point style: 2 |
| Anton Paar Density Meter | Anton Paar | DMA 5000 | |
| Barnstead MicroPure Water Purification System | Thermo Fisher Scientific | 50132374 | |
| Emerging bubble tensiometer | Ramé-Hart Instrument Company | Model 790 | |
| Spinning bubble tensiometer | DataPhysics Instruments | SVT 20 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 |
References
- Shah, D. O., Schechter, R. S. Improved oil recovery by surfactant and polymer flooding. , Academic Press Inc. New York. (1977).
- Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. Principles of Colloid and Surface Chemistry. , Marcel Dekker, Inc. New York. (1997).
- Adamson, S. W. Physical Chemistry of Surfaces. , Wiley. New York. (1990).
- Doe, P. H., El-Emary, M., Wade, W. H., Schechter, R. S. Surfactants for producing low interfacial tensions: II. Linear alkylbenzenesulfonates with additional alkyl substituents. Journal of the American Oil Chemists' Society. 55 (5), 505-512 (1978).
- Chung, J., Boudouris, B. W., Franses, E. I. Surface Tension Behavior of Aqueous Solutions of a Propoxylated Surfactant and Interfacial Tension Behavior against a Crude Oil. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 537, 163-172 (2018).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. On the determination of equilibrium surface tension values of surfactant solutions. Colloid & Polymer Science. 261 (7), 585-590 (1983).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. Adsorption kinetics measurements of some nonionic surfactants. Colloid & Polymer Science. 264 (4), 357-361 (1986).
- Lunkenheimer, K., Miller, R. Properties of homologous series of surface-chemically pure surfactants at the water-air interface Part I: Equilibrium properties. Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften der DDR, abteilung Mathematik, Naturwissenschaften, Technik. (1), 113 (1986).
- Franses, E. I., Basaran, O. A., Chang, C. -H. Techniques to measure dynamic surface tension. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 1 (2), 296-303 (1996).
- Hua, X. Y., Rosen, M. J. Dynamic surface tension of aqueous surfactant solutions 1. basic parameters. Journal of Colloid and Interface Science. 124 (2), 652-659 (1988).
- Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces. Journal of Colloid And Interface Science. 93 (1), 169-183 (1983).
- Boyce, J. F., Schurch, S., Rotenberg, Y., Neumann, A. W. The Measurement of Surface and Interfacial Tension by the Axisymmetric Drop Technique. Colloids and Surfaces. 9, 307-317 (1984).
- Vonnegut, B. Rotating bubble method for the determination of surface and interfacial tensions. Review of Scientific Instruments. 13 (1), 6-9 (1942).
- Lin, S. -Y., Mckeigue, K., Maldarelli, C. Diffusion-controlled Surfactant Adsorption Studied by Pendant Drop Digitization. AIChE Journal. 36 (12), 1785-1795 (1990).
- Sheng, J. J. Modern chemical enhanced oil recovery: theory and practice. Gulf Professional Publishing. , (2010).
- Moody, C. A., Field, J. A. Perfluorinated surfactants and the environmental implications of their use in fire-fighting foams. Environmental Science and Technology. 34 (18), 3864-3870 (2000).
